СПОСОБ ОБРАБОТКИ АКТИВНОГО ИЛА И ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2020 года по МПК C02F11/12 C02F1/34 

Изобретение относится к способам обработки осадков, образующихся при биологической очистке сточных вод, в том числе избыточного активного ила, и может найти применение на любых промышленных предприятиях, имеющих биологические очистные сооружения, а также на сооружениях канализации жилищно-коммунального хозяйства и станциях аэрации.

На сегодняшний день существуют различные технологии биологической очистки сточных вод, но все они основаны на естественных процессах жизнедеятельности гетеротрофных микроорганизмов. В любом случае, в результате очистки стоков образуются сильнообводненные осадки сточных вод с влажностью свыше 99%, которые содержат сырой осадок, выпадающий в первичных отстойниках, и избыточный активный ил, образующийся в сооружениях аэробной биологической очистки воды или вторичных отстойниках. На долю избыточного активного ила приходится до 60-70% образующихся осадков сточных вод.

Современная технологическая схема обработки осадков включает следующие процессы: уплотнение (сгущение), стабилизация органической части осадков, кондиционирование, обезвоживание, утилизация ценных продуктов, ликвидация [1, стр. 15].

Одним из направлений стабилизации органической части осадков в нашей стране и за рубежом является процесс их анаэробного сбраживания, которое осуществляется септиках, двухъярусных отстойниках, осветлителях-перегнивателях и в метантенках [2, стр. 427]. Однако данный процесс характеризуется повышенной удельной энергоемкостью за счет нагрева воды и работы воздуходувок, длительностью обработки осадка (достигающей 14-30 суток), выделением взрывоопасного метана и других токсичных газов.

При аэробной минерализации (направление стабилизации) осадков [2, стр. 427] наблюдается снижение энергоемкости и времени протекания процессов, достигается образование биологически стабильного, гумусоподобного продукта и исключение взрывоопасных и токсичных газов.

В способе обработки осадков сточных вод (патент РФ №2232135 от 13.09.2002, МПК С02F 11/00, опубл. 10.07.2004) для уменьшения нагрузки на метантенки и снижение расхода теплоэнергии избыточный активный ил после вторичных отстойников разделяют на потоки, один из которых вместо метантенка направляют в аэротенк-стабилизатор.

Также известен способ обработки активного ила и осадков сточных вод (патент РФ №2252922 от 30.10.2002, МПК С02F 11/02, опубл. 27.05.2005, бюл. №15), в котором аэробную стабилизацию ведут в режиме периодической аэрации при условии, что продолжительность аэрации не превышает двух часов. Технический эффект - улучшение водоотдающих свойств стабилизированного активного неуплотненного ила и его смеси с осадком.

Однако в вышеизложенных способах обработки осадков сточных вод имеется значительный недостаток: как при аэробной стабилизации, так и при анаэробном сбраживании происходит минерализация и снижение органической части осадка, что ограничивает диапазон получения целевых продуктов из осадков сточных вод и сокращает его энергетическую ценность при последующем использовании в качестве топлива.

Другими недостатками является то, что данные способы обработки осадков являются достаточно длительными (минимум составляет 2-4 дня), требующими значительных площадей при обработке больших их объемов, и энергозатратными за счет проведения процессов стабилизации и сбраживания в термофильных условиях.

Известен способ обработки осадков сточных вод (патент РФ №2486140 от 23.05.2012, МПК С02F 11/12, С02F 1/46, В01D 43/00, опубл. 27.06.2013, бюл. №18), в котором осуществляют их электрообработку асимметричным переменным током с последующим фильтрованием для концентрирования. Перед электрообработкой осадки подвергают виброакустическому воздействию в режимах обработки двух частотных поддиапазонов с нижней частотой, равной 0,3-0,8 кГц, и с верхней частотой, равной 9-18 кГц. Применение виброакустического воздействия и последующей электрообработки асимметричным током эффективно влияет на водоотдающую способность осадков. Однако данный способ обработки характеризуется сложностью применяемого оборудования и технологического процесса, а также большим расходом электроэнергии на его осуществление.

Известен способ биологической очистки сточных вод с редукцией отходов (патент РФ №2106317 от 20.12.1995, МПК С02F 11/02, опубл. 10.03.1998), в котором для разрушения структуры избыточного активного ила и осуществления замкнутого цикла биологической очистки избыток ила уплотняют и подвергают термохимической деструкции при рН 1,8-4,0, температуре 130-180°С и давлении 0,3-1,0 МПа в течение 1,5-2,0 ч. Техническим результатом предлагаемого способа является максимальное разрушение структуры избыточного активного ила. Однако из-за применения высоких температур и низкого значения рН предлагаемый способ является технологически сложным и высокоэнергозатратным.

Известен способ улучшения обезвоживающей способности активного ила (патент РФ №2090522, конвенционный приоритет 31.05.1990 US 531059, С02F 11/18, опубл. 20.09.1997), включающий тепловую обработку с предварительным подкислением активного ила до рН 2-4 и последующее его обезвоживание, при этом тепловую обработку активного ила с содержанием твердых веществ выше 15% мас. осуществляют в безкислородсодержащей среде при температуре 126-200°С и давлении выше атмосферного для поддержания ила в жидком состоянии в течение не менее 15 минут, затем активный ил нейтрализуют до рН не менее 5 и вновь подвергают тепловой обработке, а обезвоживание ведут до достижения содержания твердых веществ более 30% мас. Термическую обработку проводят при прямом контакте концентрированного активного ила с паром, находящимся под давлением.

Основными недостатками данного способа улучшения обезвоживающей способности активного ила также являются колоссальные энергетические затраты на осуществление термической обработки осадка и технологическая сложность процесса.

В известном традиционном способе обработки как сырых, так и сброженных осадков сточных вод первичных и вторичных отстойников предусматривается их совместное сгущение за счет декантации надосадочной воды, дальнейшее кондиционирование рабочим раствором высокомолекулярного полимера-флокулянта и обезвоживание, после которого обезвоженный осадок (кек) поступает на технологические фазы сушки или обеззараживания с последующей утилизацией или ликвидацией [3, стр. 63-89].

Однако данный способ и технология обработки осадков также обладают рядом существенных недостатков:

- Во-первых, наличие в составе осадков сточных вод избыточного активного ила затрудняет процесс их обезвоживания и сушки из-за содержания связанной воды, находящейся внутри клеток и вакуолей, т.е. замкнутых оболочек живых микроорганизмов и простейших, образующих биоценоз активного ила. Процесс высвобождения связанной воды связан с ее проникновением через эти оболочки за счет сил диффузии. Однако природная проницаемость клеток и вакуолей очень мала, что является естественным свойством сохранения жизнетворной воды внутри клеток микроорганизмов. Поэтому существующими методами обезвоживания (например, механическими) невозможно разрушить физическую оболочку микроорганизмов и простейших, в связи с эти влажность обезвоженного осадка из активного ила будет достаточно высокой (может достигать 80%) и значительно превышать нормативные технико-экономические показатели любой проектной документации (составляющие максимум 74%).

- Во-вторых, образующийся кек (из-за применения флокулянтов для предварительного кондиционирования осадков) по своей структуре имеет гелеобразную консистенцию, прочно удерживающую остаточную влагу за счет образования водородных связей между частицами дисперсной фазы осадка и макромолекулами флокулянта. При этом достаточно высокая вязкость осадка (кека) после обезвоживания и фактическое отсутствие у него сыпучести за счет специфики морфологического состава негативно отражаются на дальнейшей организации технологического процесса его сушки в современном высокоэффективном оборудовании. - В-третьих, из-за высокой влажности, вязкости обезвоженного осадка и отсутствия сыпучести возникают большие трудности при организации дозирования обезвоженного кека системы канализации шнеком дозатора в аппараты сушки или обеззараживания (например, в турбо-сушилку) за счет невозможности обеспечения равномерной его подачи и образования заторов осадка. Гелеобразная консистенция осадка, «армированная» содержащимися в нем волосами (поступающими со сточными водами в систему канализации), при его сушке также не сможет обеспечить режим турбулентности и создания тонкого миллиметрового слоя на внутренней стенке аппарата непосредственно внутри турбо-сушилки. В результате работа современного аппарата сушки будет малоэффективной и высокозатратной. В случае организации сушки в естественных условиях обезвоженный осадок покрывается поверхностной коркой, затрудняющей дальнейшее испарение влаги, что вызывает его загнивание и зловоние. Таким образом, широко применяющиеся на практике способы обработки осадков сточных вод имеют ряд недостатков, требующих их устранения.

Целью предлагаемого изобретения является усовершенствование способа обработки активного ила и осадков сточных вод, включающего стабилизацию органической части, сгущение, обезвоживание и сушку, при этом устраняются вышеуказанные недостатки их обработки и повышается эффективность обезвоживания и сушки.

Техническим результатом изобретения является разработка универсального способа обработки активного ила и осадков сточных вод, позволяющего повысить эффективность процессов их обезвоживания и сушки за счет изменения структурно-механических показателей осадков, интенсифицировать их водоотдачу, а также расширить диапазон возможных конечных продуктов, получаемых из активного ила и осадков сточных вод.

Указанная цель изобретения и его технический результат достигаются с помощью предлагаемого способа обработки активного ила и осадков сточных вод.

Способ обработки активного ила и осадков сточных вод включает в себя их сгущение, обезвоживание, сушку или обеззараживание, причем перед обезвоживанием активный ил и осадок сточных вод подвергают модификации совместно с древесно-растительными материалами или их отходами в поле механических и высокочастотных гидродинамических пульсирующих колебаний с получением целлюлозных волокон длинных - с размерами волокна 0,1÷1,0 мм и коротких - с размерами волокна менее 0,05 мм. Дополнительно перед обезвоживанием может осуществляться кондиционирование активного ила и осадка сточных вод раствором флокулянта.

Способ может также включать обеззараживание осадков, которое осуществляют непрерывным или импульсным воздействием электромагнитного излучения СВЧ-диапазона.

Для улучшения влагоотдачи осадка сточных вод биологических очистных сооружений в процессе его обезвоживания и сушки необходимо осуществить разрушение структуры микроорганизмов и простейших активного ила (т.е. их физических оболочек, удерживающих воду) и перевод физико-механически связанной воды в свободное состояние.

В основу изобретения заложен принцип модификации структурно-механических показателей осадков сточных вод в процессе совместного высокоинтенсивного измельчения с древесно-растительными материалами или их отходами под влиянием сложных физико-химических процессов, протекающих в результате создания высокочастотных механических и гидродинамических пульсирующих колебаний в системе. В качестве источника модификационного воздействия на осадки сточных вод может выступать любой аппарат, обеспечивающий высокочастотные импульсы разряжения и сжатия, кавитацию и дополнительную турбулизацию потока.

Положительный эффект настоящего изобретения реализуется за счет изменения структурно-морфологических характеристик осадков сточных вод и избыточного активного ила, достигаемый при их совместной обработке с древесно-растительными материалами или их отходами в аппарате-модификаторе, являющемся источником поля механических и высокочастотных гидродинамических пульсирующих колебаний.

Главным достоинством применения древесно-растительных материалов или их отходов в процессе совместной модификации с осадками сточных вод и активным илом является их высокоинтенсивное измельчение с получением целлюлозных волокон с размерами волокна 0,1…1,0 мм и менее 0,05 мм. Последующая активация целлюлозных волокон в поле создаваемых механических и высокочастотных гидродинамических пульсирующих колебаний, которые за счет механодеструкции целлюлозы приобретают специфические поверхностные свойства, объясняющиеся физико-химической теорией размола полимерных волокнистых материалов [4].

В результате прохождения древесно-растительными материалами или их отходами аппарата-модификатора на поверхности образующихся целлюлозных волокон длиной менее 0,05 мм формируется слой активных радикалов, вступающий в сорбционное взаимодействие с поверхностью дисперсной фазы осадка. За счет этого происходит снижение поверхностного заряда дисперсных частиц, уменьшение их энергии связи с водой и ослабевают силы сцепления воды с твердыми частицами дисперсной фазы осадка.

С другой стороны, образующиеся при совместной модификации древесно-растительных материалов или их отходов с осадками сточных вод целлюлозные волокна длиной порядка 0,1-1,0 мм улучшают структурно-механические показатели осадков сточных вод: повышают их пористость и увеличивают показатель сжимаемости осадков, т.е. выполняют функцию вспомогательного фильтрующего материала. Поэтому при последующем обезвоживании на данную технологическую фазу поступает несжимаемый высокопористый осадок, который не заиливает фильтрующую поверхность обезвоживающего оборудования.

Кроме того, целлюлозные волокна древесно-растительных материалов или их отходов, введенные в напорную линию подачи осадка в аппарат модификации, в процессе его работы также становятся источником создания дополнительных ядер кавитации. За счет ножничных эффектов ротора и статора аппарата наблюдаются высокочастотные импульсы разряжения и сжатия в системе «дисперсионная среда (вода) - дисперсная фаза осадков (твердое тело)» и дополнительная турбулизация проходящего через аппарат потока. При этом в результате высокочастотного схлопывания ядер кавитации в дисперсионной среде происходит разрушение замкнутых физических оболочек живых микроорганизмов и простейших биоценоза активного ила, которые удерживают воду, и осуществляется перевод внутриклеточной и физико-механически связанной воды в свободное состояние.

После процесса кондиционирования осадка, т.е. его обработки раствором высокомолекулярного полимера-флокулянта, модифицированная смесь «осадок сточных вод + древесно-растительные материалы (или отходы)», поступающая на механическое обезвоживание, обладает более прочными агрегатами дисперсной фазы суспензии с улучшенными структурно-механическими показателями, фактически становясь несжимаемой и не заиливающей фильтрующей поверхности оборудования механического обезвоживания. Происходит снижение удельного сопротивления осадка фильтрации и интенсификация водоотдачи при дальнейшем обезвоживании и сушке с минимальными затратами на их осуществление.

Введенные на стадии модификации в осадок древесно-растительные материалы или их отходы, после высокоинтенсивного измельчения и активации также выступают в роли структурообразователя. Это позволяет за счет высокоразвитой поверхности целлюлозных волокон значительно интенсифицировать процесс сушки обезвоженного осадка, например, в турбо-сушилке, при этом обеспечивается возможность создания по диаметру обогреваемой внутренней поверхности сушилки (за счет вращения лопаток турбины) тонкого слоя осадка и его движение вдоль аппарата по спиральному направлению. Поскольку тонкий слой осадка увеличивает коэффициент теплообмена в аппарате и сушку в течение нескольких десятков секунд, то обеспечение необходимых структурно-механических показателей обезвоженного осадка, поступающего на сушку в турбо-сушилку, гарантирует высокую эффективность безотказной работы оборудования фазы сушки.

При использовании в процессе модификации осадков сточных вод и активного ила высоких концентраций древесно-растительных материалов или их отходов возможен полный отказ от дорогостоящих флокулянтов для кондиционирования осадков, поскольку измельченные древесно-растительные материалы при обезвоживании выступают в качестве присадочного материала и значительно улучшают фильтрационные свойства осадков.

В случае отсутствия поступления на очистные сооружения сточных вод, загрязненных тяжелыми металлами, предлагаемый способ обработки активного ила и осадков сточных вод позволяет получить ценное органо-минеральное удобрение или почвогрунт, которые могут найти применение для улучшения природного ландшафта, рекультивации почв и повышения их плодородия. Тогда после технологической фазы обезвоживания осадки поступают на технологическую фазу обеззараживания, которая осуществляется непрерывным или импульсным воздействием электромагнитного излучения СВЧ-диапазона.

Уничтожение бактерий, содержащихся в обезвоженном осадке, и улучшение микробиологических его показателей происходит за счет стерилизующего действия микроволнового излучения, которое наблюдается за счет воздействия на полярные диэлектрики, типичным представителем которых является вода, содержащаяся в обезвоженных осадках (с влажностью порядка 68-74%) и неразрушенных при модификации микроорганизмах. При непрерывном или импульсном воздействии электромагнитного излучения СВЧ-диапазона на осадки сточных вод температура внутри микроорганизмов возрастает очень быстро не только за счет содержащейся в них воды, но и за счет одновременного диэлектрического нагрева протеинов микроорганизмов. Происходит, так называемый, «тепловой удар», уничтожающий микроорганизмы.

Главными достоинствами предлагаемого способа обработки активного ила и осадков сточных вод являются:

- интенсификация технологических фаз обезвоживания и сушки за счет повышения влагоотдачи осадков в результате изменения их структурно-механических показателей;

- сокращение времени технологического процесса обработки за счет отсутствия необходимости длительной стабилизации органической части осадков сточных вод и избыточного активного ила;

- минимальные затраты на создание технологического блока высокоинтенсивного измельчения древесно-растительных материалов (или отходов), их активации и модификации совместно с осадками сточных вод и активным илом;

- возможность органичного встраивания технологического блока модификации осадков сточных вод и активного ила совместно с древесно-растительными материалами или их отходами в любую традиционную систему биологических очистных сооружений или станций аэрации перед технологической фазой обезвоживания осадков для обеспечения интенсификации работы очистных сооружений;

- снижение энергозатрат на переработку осадков сточных вод и активного ила;

- использование для обеззараживания осадков сточных вод непрерывного или импульсного воздействия СВЧ-излучения;

- расширение диапазона получения целевых продуктов и повышения их энергетической ценности при последующей утилизации в виде топлива за счет возможности максимального сохранения и использования органической части осадков сточных вод и активного ила (без аэробной стабилизации и анаэробного сбраживания).

Изобретение позволяет:

- получить универсальный способ обработки активного ила и осадков сточных вод, который исключает накопление в системе циркуляции биологических очистных сооружений разросшегося и постаревшего избыточного активного ила;

- отказаться от технологической фазы стабилизации органической части и значительно сократить время обработки активного ила и осадков сточных вод;

- улучшить структурно-механические показатели осадка, поступающего на фазы обезвоживания и сушки;

- повысить влагоотдачу осадка в процессе обезвоживания и сушки;

- гарантировать безотказную высокоэффективную работу оборудования фазы сушки (в том числе дозаторов подачи осадка и сушильного оборудования);

- обеспечить высокоэффективное обеззараживание осадков сточных вод и активного ила при изготовлении почвогрунтов и комплексных органоминеральных удобрений;

- в зависимости от исходного состава сточных вод, поступающих на биологические очистные сооружения, получить широкий спектр целевых продуктов при утилизации обработанных осадков сточных вод.

Основными отличительными признаками представленного способа обработки активного ила и осадков сточных вод от любых других являются:

1. универсальность способа обработки для получения широкого спектра целевых продуктов в зависимости от состава поступающих на очистные сооружения сточных вод и потребностей заказчика;

2. совместная модификация активного ила и осадков сточных вод с древесно-растительными материалами или их отходами в поле высокочастотных механических и гидродинамических пульсирующих колебаний перед технологической фазой обезвоживания;

3. особенности измельчения древесно-растительных материалов до целлюлозных волокон определенных размеров при модификации совместно с активным илом и осадками сточных вод;

4. обеззараживание осадков, осуществляющееся непрерывным или импульсным воздействием электромагнитного излучения СВЧ-диапазона;

5. снижение времени технологического процесса обработки за счет исключения фаз аэробной или анаэробной стабилизации органической части осадков и интенсификации процессов обезвоживания и сушки;

6. отсутствие капитальных затрат на реализацию предлагаемого способа обработки;

7. сокращение энергозатрат на осуществление процесса обработки за счет изменения структурно-механических и морфологических характеристик осадков сточных вод и их эффективной водоотдачи в процессе обезвоживания, сушки или обеззараживания;

8. возможность отказа от кондиционирования осадков дорогостоящими флокулянтами при использовании высоких концентраций древесно-растительных материалов или их отходов;

9. надежность и безотказность работы оборудования фазы сушки за счет изменения структурно-механических показателей обезвоженных осадков;

10. высокоэффективное быстрое обеззараживание обезвоженных осадков сточных вод и активного ила под непрерывным или импульсным воздействием СВЧ-излучения.

Вышеперечисленные отличительные признаки данного изобретения в совокупности обеспечивают получение положительного технического результата.

Способ согласно изобретению подробно описан ниже с использованием упрощенной блок-схемы, представленной на Фиг. 1:

Фиг. 1. Блок-схема обработки активного ила и осадков сточных вод.

Обозначения:

1 - фазы комплексной очистки сточных вод;

2 - смесь сырого осадка первичных отстойников и активного ила вторичных отстойников;

3 - фаза уплотнения осадков;

4 - надосадочная жидкость;

5 - сгущенный осадок;

6 - фаза модификации;

7 - фаза подготовки древесно-растительных материалов;

8 - древесная техническая щепа;

9 - древесно-растительные материалы со склада;

10 - склад древесно-растительных материалов;

11 - промывные воды с фазы модификации;

12 - резервуар сбора промывных и дренажных вод;

13 - смесь промывных и дренажных вод;

14 - фаза механического обезвоживания;

15 - модифицированная смесь осадков и древесно-растительных отходов;

16 - рабочий раствор флокулянта;

17 - установка приготовления и дозирования раствора полимера;

18 - сфлокулированная смесь;

19 - свободная дренажная вода;

20 - обезвоженный кек;

21 - фаза сушки;

22 - фаза СВЧ-обеззараживания.

В соответствии с данным изобретением обработка активного ила и осадков сточных вод осуществляется следующим образом.

Согласно представленной блок-схемы обработки активного ила и осадков сточных вод (Фиг. 1), сточные воды канализации поступают на биологические очистные сооружения и проходят все фазы комплексной очистки 1, включающей в себя сооружения механической очистки, а также последовательно соединенные первичные и вторичные отстойники, в которых образуется осадок сточных вод 2 с влажностью порядка 98,5-99,5%. Осадок сточных вод 2, содержащий смесь сырого осадка первичных отстойников и избыточного активного ила вторичных отстойников, с помощью шламовых насосов подается на технологическую фазу уплотнения 3 в сгустители, где происходит снижение его влажности примерно до 94% за счет декантации надосадочной воды 4, которая возвращается обратно на фазу комплексной очистки 1 в голову очистных сооружений.

Древесно-растительные материалы или их отходы предварительно собираются на складе 10. В качестве древесных отходов могут быть использованы, например, отходы лесопиления и порубочные остатки, ветки, а также древесина при разборе строений с возможным присутствием металлических элементов, поддоны, паллеты, ящики, остатки лома деревянных домов, деревянных конструкций, отходы мебельного производства, деревянные панели и доски с гвоздями. Со склада древесно-растительные материалы 9 поступают на фазу их подготовки 7 для предварительного измельчения, освобождения от металлических включений и сбора в бункере-накопителе. Далее подготовленная древесная техническая щепа 8 направляется на технологическую фазу модификации 6, которая располагается в непосредственной близости к фазе механического обезвоживания 14.

Сгущенный осадок 5 с помощью плунжерного насоса дозируется в приемную камеру или воронку аппарата-модификатора фазы модификации 6, куда одновременно с помощью шнека-дозатора из бункера-накопителя фазы подготовки древесно-растительных материалов 7 поступает подготовленная древесная щепа 8.

Для эффективной модификации структуры осадка при прохождении смесью аппарата-модификатора отношение древесно-растительных материалов к осадку сточных вод должно составлять минимум 10% к абсолютно сухому веществу осадка.

Модификатор представляет собой универсальный аппарат непрерывного действия, создающий механические и высокочастотные упругие гидродинамические пульсирующие колебания разряжения и сжатия для обеспечения высокоинтенсивного измельчения древесно-растительных материалов и турбулизации проходящего через аппарат потока с созданием кавитационного воздействия на дисперсную фазу смеси осадков сточных вод и древесно-растительных материалов.

В результате модификации целлюлозные волокна древесно-растительных отходов становятся своеобразными «ядрами» кавитации и приобретают специфические поверхностные свойства, связанные с активацией целлюлозы, что позволяет им вступать в сорбционное взаимодействие с поверхностью дисперсной фазы осадков сточных вод. В результате происходит ослабление сил сцепления воды с твердыми частицами.

После прохождения фазы модификации 6 модифицированная смесь осадков и древесно-растительных материалов 15 поступает в флокулятор, куда насосом-дозатором подается рабочий 0,1%-ный раствор флокулянта 16 из установки приготовления и дозирования раствора полимера 17. В результате перемешивания модифицированной смеси осадка и древесно-растительных материалов 15 с рабочим раствором полимера 16 происходит процесс флокуляции, при этом макромолекулы высокомолекулярного полимера сорбируются на отдельных частицах дисперсной фазы смеси осадков и древесно-растительных материалов, связывая их между собой в виде устойчивых флокул, что способствует улучшению дальнейшей водоотдачи осадков.

Сфлокулированная смесь 18 осадков сточных вод с древесно-растительными материалами подается на обезвоживание на оборудование фазы механического обезвоживания 14, где удаляется свободная вода 19, которая собирается в резервуаре сбора промывных и дренажных вод 12. Образующийся после оборудования механического обезвоживания кек 20 имеет сыпучую консистенцию с развитой поверхностью, способной к лучшей влагоотдаче при дальнейшей сушке.

Далее обезвоженный кек 20 направляется на фазу сушки 21, после прохождения которой он обеззараживается и высушивается до остаточной влажности в соответствии с требованиями заказчика. Затем направляется на утилизацию.

Согласно другому варианту, обезвоженный кек 20 поступает на фазу обеззараживания 22, где подвергается высокоэффективному непрерывному или импульсному воздействию электромагнитного излучения СВЧ-диапазона. Готовый продукт в виде, например, почвогрунта, собирается и направляется потребителю.

Примеры осуществления способа обработки активного ила и осадков сточных вод представлены в таблице.

Для оценки улучшения водоотдачи осадков сточных вод в результате их совместной модификации с древесно-растительными материалами применялся косвенный метод по измерению удельного сопротивления фильтрации R. Удельное сопротивление фильтрации R - это обобщающий параметр, который характеризует водоотдачу:

R=2В⋅Р⋅F²/(η⋅С),

где Р - давление (вакуум), при котором происходит фильтрование, Па;

F - площадь фильтрующей поверхности, м²;

η - вязкость фильтрата, Па⋅с;

С - масса твердой фазы кека, отлагающегося на фильтре при получении единицы объема фильтрата, кг/м³;

В - параметр, полученный опытным путем:

В=t/V² (здесь t - время фильтрации, с; V - объем выделяемого фильтрата, м³).

Определение удельного сопротивления фильтрации R производилось на установке, имитирующей работу вакуум-фильтра, по методике, представленной в [3].

Предварительная модификация осадков сточных вод совместно с древесно-растительными материалами в поле механических и высокочастотных упругих гидродинамических пульсирующих колебаний разряжения и сжатия дисперсионной среды перед их обезвоживанием позволяет снизить удельное сопротивление фильтрации R (см. таблицу), улучшить водоотдачу и повысить эффективность процессов обезвоживания и сушки.

Таким образом, предлагаемый способ обработки активного ила и осадков сточных вод по сравнению с любыми другими имеет следующие преимущества:

- Высокая адаптивность модификации активного ила и осадков сточных вод совместно с древесно-растительными материалами или их отходами под все известные способы и схемы механического обезвоживания и дальнейшей утилизации осадков обеспечивает возможность ее использования на любых типах очистных сооружений, в том числе, где применяется биологическая очистка стоков.

- Способ обработки может быть внедрен на любом действующем, реконструируемом или проектируемом объекте без вмешательств в основные технологические процессы очистки сточных вод и дальнейшей утилизации осадков и избыточного активного ила.

- Модификация осадков сточных вод совместно с древесно-растительными материалами или их отходами не требует больших капитальных затрат на ее реализацию и высоких эксплуатационных расходов.

- При внедрении технологии модификации осадков совместно с древесно-растительными материалами или их отходами происходит значительное повышение водоотдачи и улучшение технологических параметров при

обезвоживании, сушке и дальнейшей утилизации осадков сточных вод, которое влечет за собой существенное сокращение затрат на данные процессы.

- Способ обработки активного ила и осадков сточных вод позволяет использовать как современное оборудование для дальнейшей сушки и обеззараживания осадков, так и применять окончательную сушку осадка в естественных условиях с максимальным использованием природной энергии (солнца, ветра, вымораживания).

- Применение в технологическом процессе модификации древесно-растительных материалов или их отходов позволяет дополнительно структурировать избыточный активный ил и осадки сточных вод, поступающие на механическое обезвоживание, в том числе при применении высоких концентраций древесно-растительных материалов - полностью отказаться от использования дорогостоящих флокулянтов для кондиционирования осадков и дополнительно снизить затраты на их обезвоживание.

- Предлагаемый способ обработки позволяет утилизировать осадки сточных вод и избыточный активный ил не только в виде почвогрунтов и комплексных органоминеральных удобрений, но также в виде самостоятельного твердого топлива для индивидуального использования или в виде продуктов его переработки (например, пиролизного газа для выработки электроэнергии, получения жидких топливных компонентов и прямого сжигания).

Данное изобретение будет интересно любым заинтересованным организациям и ведомствам, занимающимся вопросами утилизации осадков сточных вод и активного ила, вопросами улучшения природного ландшафта, рекультивации почв и их плодородия, а также производителям тепловой и электрической энергии, рассматривающим возможность использования данной категории отходов как источника топливно-энергетических ресурсов.

Литература

1. Хисамеева Л.Р., Селюгин А.С., Абитов Р.Н., Бусарев А.В., Урмитова Н.С. Обработка осадков городских сточных вод. - Казань: Изд-во Казанск. гос. архитект. - строит. ун-та, 2016. - 105 с.

2. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Калицун В.И.. Водоотведение и очистка сточных вод. - М.: Стройиздат, 1996. - 591 с.

3. Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод. - М.: Стройиздат, 1988. - 256 с.

4. Барамбойм Н.К. Механодеструкция высокомолекулярных соединений. - М.: Химия, 1978.- 84 с.

Примечание: выполняется пункт 5* или пункт 6**.

Изобретение может быть использовано на промышленных предприятиях, имеющих биологические очистные сооружения, а также на сооружениях канализации жилищно-коммунального хозяйства и станциях аэрации. Способ обработки активного ила и осадков сточных вод включает их сгущение, обезвоживание, сушку или обеззараживание. Перед обезвоживанием активный ил и осадок сточных вод подвергают модификации совместно с древесно-растительными материалами или их отходами в поле механических и высокочастотных гидродинамических пульсирующих колебаний с получением целлюлозных волокон: длинных - с размерами волокна 0,1÷1,0 мм и коротких - с размерами волокна менее 0,05 мм. Изобретение позволяет интенсифицировать водоотдачу, повысить эффективность процессов обезвоживания, сушки или обеззараживания при минимальных энергозатратах, а также увеличить количество конечных продуктов, получаемых из активного ила и осадков сточных вод. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ обработки активного ила и осадков сточных вод, включающий их сгущение, обезвоживание, сушку или обеззараживание, отличающийся тем, что перед обезвоживанием активный ил и осадок сточных вод подвергают модификации совместно с древесно-растительными материалами или их отходами в поле механических и высокочастотных гидродинамических пульсирующих колебаний с получением целлюлозных волокон: длинных - с размерами волокна 0,1÷1,0 мм и коротких - с размерами волокна менее 0,05 мм.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно перед обезвоживанием осуществляют кондиционирование активного ила и осадка сточных вод раствором флокулянта.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что обеззараживание осадков осуществляют непрерывным или импульсным воздействием электромагнитного излучения СВЧ-диапазона.