Содержание к диссертации
Введение
Глава I Подсушка осадков сточных вод на иловых площадках
1.1. Иловые площадки подсушки осадков сточных вод 8
1.2. Технология подсушки осадков сточных вод на иловых площадках 14
1.3. Основные направления интенсификации работы иловых площадок 18
Выводы по главе I 25
Глава II Исследование процесса подсушки осадков сточных вод на иловых площадках
2.1. Разработка опытной иловой площадки и методика проведения опытов 26
2.2. Изучение обработки осадков на иловых площадках при тонкослойном напуске 28
2.3. Изучение подсушки осадков на иловых площадках при последовательном напуске 34
Выводы по главе II 41
Глава III Производственное испытание глубокой подсушки осадков сточных вод на иловых площадках
3.1. Конструкция опытных иловых площадок 42
3.2. Результаты производственных опытов по глубокой подсушке осадков на иловых площадках 47
3.3. Стабилизация осадков сточных вод на иловых площадках 52
3.4. Обсуждение результатов исследований глубокой подсушки осадков на иловых площадках 56
3.5. Разработка отвала для разрыхления осадков на иловых площадках 63
Выводы по главе III 67
Глава IV Разработка методики расчета глубокой подсушки осадков на иловых площадках
4.1. Теоетический анализ процесса подсушки осадков' сточных вод на иловых площадках 69
4.2. Разработка модели процесса глубокой подсушки осадков сочных вод на иловых площадках 77
4.3. Методика расчета глубокой подсушки осадков сточных вод 80
4.4. Разработка рекомендаций по глубокой подсушке осадков сточных вод 81
4.5. Технико- экономическая оценка глубокой подсушки осадков сточных вод на иловых площадках 82
Выводы по главе IV 95
Общие выводы 96
Литература
- Технология подсушки осадков сточных вод на иловых площадках
- Изучение обработки осадков на иловых площадках при тонкослойном напуске
- Результаты производственных опытов по глубокой подсушке осадков на иловых площадках
- Разработка модели процесса глубокой подсушки осадков сочных вод на иловых площадках
Технология подсушки осадков сточных вод на иловых площадках
Подсушка осадков сточных вод на ИП обычно включает следующие операции: подготовку, подачу осадка, саму подсушку, уборку, удаление подсушенного осадка. Производительность ИП зависит от продолжительности и эффективности отдельных операций. Наиболее продолжительным и определяющим является процесс подсушки. Подсушка осадков на ИП сначала происходит в результате фильтрации воды, а затем - испарения влаги. Значимость каждого из этих процессов зависит от вида и качества обрабатываемого осадка и качества дренажной системы и технологии подсушки [20, 21].
Опыт эксплуатации и исследования показывают, что производительность ИП в определенной степени зависит от вида подсушиваемого осадка, но основным является их свойство, характеризуемое величиной удельного сопротивления фильтрованию. Указывается, что при подсушке сброженных осадков с удельным сопротивлением 610x1010 см/г производительность ИП составляет 3,5 м3/м2 в год, 7000x10ю см/г- 1,2м3/м2 год и 25800x10ю см/г - 0,35 м3/м2 в год [22].
Исследования Сванвик И.Д. (Swanwick J.D.) [23,24] показали, что соотношение иловой воды, удаляемой дренированием ж испарением, также зависит от величины удельного сопротивления осадка фильтрованию. Опыты на пилотных ИП показали, что при подсушке сброженных осадков с удельным сопротивлением (320-380)х10!0 см/г в результате фильтрации удалялось 68,1-72,3 % влаги и в результате испарения - 24,3 - 28,6 %, а при удельном сопротивлении (2170-2610)х1010 см/г соответственно 36,7 - 35,5 % и 40,4 - 44,3 %. Для подсушки осадков влажностью 97-92 % до влажности 75% при удельном сопротивлении 190x1010 см/г потребовалось 46 суток, а 2900x1010 см/г - 106 суток. Количество влаги удаленной фильтрацией в первом случае составляло 70 %, а во втором - 31 %, т.е. чем больше количество иловой воды удаленной фильтрацией, тем быстрее происходит подсушка.
В результате обобщения результатов исследований Swanwick J.D. была построена зависимость производительности ИП от удельного сопротивления от 25000x10й до 200x10й м/кг. Впоследствии эта зависимость была дополнена Туровским И.С. для сброженных осадков из метантенков и двухъярусных отстойников [20] и Коганом Ю.Л. для аэробно-стабилизированных [27]. Она показывает, что независимо от вида осадков показатель удельного сопротивления фильтрования является основным при определении производительности ИП. Туровский И.С. предлагает выбрать конструкцию ИП с учетом величины удельного сопротивления: при величине последней до 1000x101 см/г целесообразны ИП на искусственном песчано-гравийном основании с трубчатым дренажом, при удельном сопротивлении от 1000x1010 до 4000x1010см/г на естественном основании с дренажом и при удельном сопротивлении более 4000х1010 см/г площадки с отстаиванием и поверхностным удалением иловой воды.
Количество иловой воды, удаляемое фильтрованием, и продолжительность фильтрования зависят от конструкции дренажа. Исследования показали, что чем крупнее загрузка, тем быстрее и больше фильтруется вода, а чем меньше - наоборот [25]. Опыты показали, что при толщине травистого слоя загрузки дренажа 150-200 мм (нижний слой крупностью 35-60 мм, средний 30-20 и верхний 5-15 мм) и слоя песка высотой 7-10 мм идет более равномерная фильтрация иловой воды, но за первые 28 часов быстрее и затем медленнее. За 28 часов фильтруется 12 л воды, а за последующие 22 часа 4 л. При гравистом дренаже без верхнего слоя песка состоящего: нижний слой толщиной 150 мм из гравия крупностью 35-60 мм, средний соответственно 300 мм и 10-30 мм, верхний 150 мм и 0,3-3 мм первые 22 часа фильтрация происходит с постоянной скоростью и количество иловой воды составляет 17 л, затем замедляется и за последующие 28 часов фильтруется всего 4 л. При дренаже, состоящем из нижнего гравистого слоя толщиной 150 мм и крупностью 10-20 мм, среднего 300 мм и 100 мм мелкого гравия 5-15 мм, мелкого верхнего щебня толщиной 150 мм первые 17 часов фильтрация происходит с постоянной скоростью и количество фильтрата составляет 16л, и за последующие 32 часа всего 3,5л.
Вероятно, при крупнозернистом дренаже содержание взвешенных веществ в иловой воде больше, что вызывает увеличение нагрузки на основные сооружения очистки сточных вод. Более приемлемым является первый вид дренажа, который имеет меньшую общую толщину и работающий равномерно, и имеющий более чистую иловую воду. Количество влаги удаляемой испарением и ее скорость зависят от климатических условий: влажности воздуха, скорости ветра и интенсивности солнечной радиации, и от технологии подсушки: толщины слоя осадка, наличии и частоты перемешивания содержимого ИП.
Опыты показали, что при толщине залитого сброженного осадка 0,3 м. продолжительность подсушки составила: в марте 72 суток, апреле - 45, мае -36, июне - 35 , июле - 23, августе - 29, сентябре -111, октябре - 84, ноябре - 84 и декабре - 62 [23]. В условиях юга испарение со свободной поверхности значительно ускоряется. Интенсивному протеканию этого процесса способствуют высокая солнечная радиация, большое количество солнечных дней и малое количество атмосферных осадков. В результате проведенных исследований определено, что производительность ИП для сырых осадков с удельным сопротивлением до 1500х1010см/г составляет 3-5 м3/м2 в год [25]. Исследования показали, что при подсушке на ИП аэробно стабилизированных осадков процесс подсушки ускоряется и их производительность увеличивается на 30-50 % [26, 27]. Толщина слоя напуска на карту оказывает существенное влияние как на процессы фильтрования, так и на испарение. При большом слое осадка гидростатистическое давление над дренажем увеличивается, что приводит, с одной стороны, к увеличению фильтрации, но, с другой, глубокому проникновению мельчайших частиц осадка в фильтрующий слой загрузки и его кольматации. Кроме того, при высотах 0,7 - 0,8 м и более происходит расслаивание осадка и образование корки на поверхности, снижающий значительно испарение. При толщине слоя 0,25 - 0,3 м расслоение не наблюдается. На ИП, оборудованных горизонтальными и вертикальными дренажами, процессы эффективно протекают при толщине слоя осадка 0,5 - 0,8 м [25]. Исследования Литванова В.Г. по изучению кинетики обезвоживания осадков, сброженных в мезофильных и термофильных условиях, показали, что наибольшая степень обезвоживания, а также наименьшая продолжительность подсушки наблюдается при начальной толщине слоя заливаемого осадка 0,2-0,25 м, толщине фильтрующего слоя дренажа 0,25 - 0,3 и крупности его зерен 2-3 мм. При этих параметрах площадь РШ уменьшается на 20-50 % [25].
Бохм Рудольф (Boehm Rudolf), изучая процесс подсушки первичных осадков и смесь первичных и вторичных на ИП с различными основаниями при начальных глубинах заполнения - 0,2; 0,3; 0,4 м, отмечает, что во всех случаях наибольшая глубина слоя более предпочтительна [28].
Изучение обработки осадков на иловых площадках при тонкослойном напуске
Опыты были проведены с мая по ноябрь месяцы одновременно на обеих опытных площадках. Были проведены 12 опытов по 6 на каждой площадке. Анализы показали, что в период проведения опытов исходные показатели осадков колебались в следующих пределах: удельное сопротивление фильтрованию (950 - 2300)х1010 см/г, влажность 94;2-97,5 %, зольность 30,0-34,8 % и температура 24-26С. Результаты опытов были усреднены и приведены на рис. 2.2. и 2.3.
Изменение уровня осадка на площадках (Рис. 2.2. линия 1) показывает, что после открытия вентиля на дренажной линии первые трое суток она снижается примерно с одинаковой скоростью до 13,5 см, а затем несколько замедляется и к четырнадцатым суткам толщина слоя уменьшается до 5 см, далее практически остается без изменения, но при этом слои сильно растрескиваются.
Влажность после открытия вентиля в первые трое суток (Рис. 2.2. линия 2) тоже быстро уменьшается до 82,5 %, затем изменение замедляется и она к 12 суткам доходит до 77,5 %. Поверхность осадка, по мере снижения влажности начинает стягиваться коркой, что приводит к уменьшению скорости испарения влаги и с 8 суток снижение влажности происходит весьма незначительно. На 12-14 сутки осадок начинает растрескиваться и образуются большие трещины, которые приводят к ускорению испарения влаги. При этом влажность осадка начинает быстро снижаться и за последующие 10-12 суток доходить до 60 % и ниже. В этот период толщина слоя осадка остается практически без изменения, но объем уменьшается за счет образования трещин, рассекающих его на отдельные "лепешки". Измерения показали, что ширина этих трещин достигает 4-10 см и они доходят до днища площадки.
Изменение температуры (1) и зольности осадка (2) на опытных площадках во времени; 3 - температура воздуха. Среднемесячные температуры воздуха в период проведения опытов колебались в пределах 15-30 С. Исходная температура осадков была более постоянна и колебалась в пределах 24-26 С. После подачи осадка на иловые площадки его температура в начальный период повысилась с одинаковой скоростью до 6 суток, затем она стала подниматься медленнее, а после появления трещины стала повышаться значительно быстрее (Рис. 2.3. линия 1). За период проведения каждого опыта температура осадка повысилась на 8-12 С. Замедление скорости изменения температуры в период с 8 по 12 сутки по-видимому, объясняется равновесием между поглощаемой осадком энергии солнечного излучения и затрачивающейся на испарение влаги из нее. Ускоренное повышение температуры осадка после его растрескивания объясняется подогревающим и аккумулирующим эффектом днища площадки и преобладанием поступающей энергии над энергией испарения.
Зольность осадка первые двое суток повышается незначительно, что, по-видимому, объясняется адаптацией микроорганизмов, разлагающих его органическую часть. Затем она быстро повышается за 18 суток повышается с 33,5 до 40,2 % (Рис. 2.3. линия 2). В дальнейшем повышение зольности замедляется и к концу опыта она достигает 42 %. Интенсивное разложение органической части осадков в первой половине опыта происходит, вероятно, благодаря благоприятным температурным условиям, а его замедление во второй половине происходит из-за "обеднения" осадка органическими веществами и снижением его влажности. Однако достигаемое повышение зольности до 40-44 % достаточно высокое и обеспечивает стабилизацию осадка.
Анализ результатов опытов при тонкослойном напуске показывает, что подсушка осадков в летне-осенний период протекает эффективно, позволяет достичь подсушку осадков до влажности 60 %, обеспечивающей получение продукта в значительно меньшем объеме. Тонкослойная подсушка обеспечивает получение стабилизированного продукта. Это позволило бы при предварительном или последующем обеззараживании вывозить и использовать в качестве удобрения. Однако опыты показали, что при тонкослойном напуске подсушенный продукт получается в виде "пластин" толщиной 1-3 см и необходимо их измельчение перед внесением в почву.
Расчеты показывают, что при тонкослойном напуске с глубиной подсушки до влажности 60 % производительность площадок за семь месяцев опыта составила 1,8 м /м или 72-75 кг/м и при пересчете на годовую с учетом снижения в зимне-весенний период она будет Зм /м в год и 110-120 кг/м в год, а при подсушке до влажности 80 % она увеличивается в два раза.
Однако необходимость уборки осадка небольшой толщины после каждого цикла на больших очистных сооружениях трудоемка и малоэффективна, требует больших эксплуатационных затрат и удорожает технологию тонкослойного напуска. На небольших очистных сооружениях особенно при предварительном обеззараживании тонкослойный напуск обеспечит эффективную обработку осадка.
Анализ качества фильтрата показывает, что при тонкослойном напуске содержания взвешенных веществ в нем составляет - 165 г/м3 и его ХПК - 410 г/м . Вероятно, такое не высокое содержание взвешенных веществ является следствием образования фильтрационного слоя при закрытом дренаже.
Для условий Техаса близким к условиям Таджикистана для ИП с дренажом тоже рекомендуется толщина залива 20,0 - 37,5 см [45]. Установлено, что наибольшая степень обезвоживания и наименьшая продолжительность подсушки на ИП с дренажем достигается при толщине слоя залива осадка 20 -25 см [46]. Как отметили выше, Boehm Rudolf, изучая в реальных условиях гг. Дрездена и Берлина работу ИП при различных глубинных заполнениях 20-30см, указывает, что наибольшая глубина заполнения во всех случаях более предпочтительна [47]. 2.3. Изучение подсушки осадков на иловых площадках при последовательном напуске
Исследование по изучению подсушки осадков на опытных иловых площадках при последовательном напуске были проведены в течение 280 дней с начала июня 1997 г. до начала марта 1998 г.
Результаты производственных опытов по глубокой подсушке осадков на иловых площадках
Измерения показали, что уровень осадка на иловых площадках, непосредственно после прекращения его подачи, быстро снижается, но затем замедляется (Рис. 3.2.). При последующих подачах снижение уровня осадка замедляется. Снижение уровня осадка на 0,3 м при первой подаче происходит за 9 суток, второй - 17, третий - 28 и четвертый - 38. Быстрое снижение уровня осадка происходит в основном в результате фильтрации воды из осадка через фильтровальную перегородку и в дренажную линию. После начального периода снижение уровня замедляется, а в дальнейшем практически прекращается, например после третьей и четвертой серии напусков она поддерживается на высоте 0,47 и 0,5 м. Визуальные наблюдения показали, что фильтрация через перегородку происходит в 2-Зраза быстрее, чем через дренажную линию расположенную под ними. Это, по-видимому, объясняется относительно большей крупностью керамзитовой загрузки.
Снижение уровня осадка на площадках сопровождается изменением его влажности (Рис. 3.3.). Влажность, аналогично уровню осадка, после последнего залива каждой серии, сначала быстро уменьшается, затем медленнее, а потом очень медленно. В период подачи первой серии влажность осадка на площадках оставалась практически одинаковой 96 %, а после последней подачи стала быстро снижаться до 86 %, но интенсивные дожди привели к некоторому повышению влажности - до 87 %. После дождей наблюдалось снова ее снижение до 80 % и за 19 суток она снижалась на 16 %, несмотря на интенсивные дожди.
После второй серии напусков влажность повысилась до 89,5 %, но снова снизилась до 79,5 % за 18 суток, а за последующие 10 суток всего до 78,6 %. После третьей и четвертой серий подач она соответственно повысилась до 87,5 и 86,5 %, но затем медленно снизилась до 80 и 81 % соответственно и оно происходило за 14 и 15 суток. В дальнейшем несмотря на продолжительное пребывание на площадках влажность оставалась практически постоянной -80%.
.Изменение влажности (1) и органического вещества осадка (2) на иловых площадках - дождь. В связи с тем, что дальнейшие снижение влажности осадка происходило очень медленно, было произведено разрыхление на 3/4 части площадок, 1/4 часть оставили в качестве контроля. После разрыхления влажность осадка в течение первой недели быстро уменьшилась с 80 % до 73 %, а потом снижение замедлялось и за две последующие недели снизилась только до 70% (Рис. 3.4.). После второго разрыхления влажность осадка снова быстро снизилось в первую неделю до 64 %, а потом за вторую неделю только до 62%. При втором разрыхлении часть осадка оставили снова неразрыхленной и в ней за две последующие недели влажность снизилась всего до 60 % (Рис. 3.4., линия 2, участок 26). После третьего разрыхления влажность снизилась еще быстрее за первую неделю, она достигла 53%, а за вторую 50,5% (Рис. 3.4., линия2в). В контроле - неразрыхленной части площадки за период подсушки с разрыхлением - 50 суток влажность осадка снизилась всего до 76%, т.е. на 4% (Рис. 3.4., линия 1), что в 7,4 раза меньше, чем в перелопаченной части. Содержание органических веществ осадка в зимний период при его температуре ниже 5С оставался практически без изменения - 65% (Рис. 3.3., линия 2).
С повышением температуры воздуха, начинается медленный распад органического вещества осадка и оно после второй серии подач с 67,5% снижается с постоянной скоростью до 65%. За этот период температура осадка в площадке повышается с 5С до 8С. После третьей подачи содержание органических веществ повышается снова до 67,5%, но затем снижается несколько быстрее чем при второй подаче, до 63%. При этом температура осадка повышается с 8 до 18С. После четвертой подачи распад органического вещества несколько ускоряется и содержание органических веществ с 64,5% снижается до 58%. В этот период температура осадка повышается с 18 до 25С и после достижения температуры 19С она стала превышать температуру воздуха и к началу перелопачивания была на 3С больше. Продолжительность, сут.
Стабилизация осадков сточных вод на иловых площадках, наблюдаемая как при изучении работы действующих площадок, так и при проведении исследований, имеет важное практическое значение. Полная или частичная стабилизация на ИП может существенно снизить затраты на обработку осадков. С целью изучения кинетики стабилизации осадков были проведены дополнительные исследования на действующих площадках, эксплуатируемых операторами цеха обработки осадков. Стабилизация изучалась на площадках Правобережных очистных сооружений города Душанбе: № 1 с 26.02. по 09.07; № 3 с 19.03 до 09.07; № 6 с 19.05 по 30.08. Площадки имели асфальтобетонные основания и горизонтальные дренажи.
Разработка модели процесса глубокой подсушки осадков сочных вод на иловых площадках
Подсушка осадков сточных вод на иловых площадках представляет собой многофакторный процесс. Ее интенсивность зависит от свойств исходного осадка - его структуры и влагоотдачи, внешних климатических факторов -температуры, влажности и скорости воздуха над площадками, которые постоянно изменяются. Сложность и многофакторность процесса глубокой подсушки осадков на ИП не позволяет вывести математические зависимости, учитывающие все факторы. Обобщение и анализ результатов исследования, изложенных в главе III, позволили, что интенсивность подсушки осадков зависит от исходной влажности, толщины слоя осадка на площадках и температуры наружного воздуха (рис. 3.3), а скорость распада органического вещества осадка в основном зависит от температуры вещества (рис. 3.8). Температура наружного воздуха определяет температуру слоя осадка, от которой зависит активность микроорганизмов, разлагающих органическое вещество осадков.
Проверочный расчет показывает, что расхождение расчетных значений скорости сушки опытных составляет 2,21-11,35 %, а скорости разложения органических веществ 0, 24 - 1, 33 %. Большое отложение скорости подсушки из опытных данных объясняется изменчивостью влажности и толщиной слоя осадка во времени и многофакторностью процесса. Полученные зависимости применимы для изученных областей параметров: исходной влажности осадка 79,0 - 97,2 %, высоты слоя осадка 0,26-0,50 м и среднемесячной температуры воздуха 25-35 С.
Анализ опытных данных и графических зависимостей показывает, что показатели глубоко подсушенного осадка, влажность и содержание органических веществ, зависят не только от исходных значений, но и технологических параметров; как продолжительность подсушки с разрыхлением и число разрыхлений .
Глубокая подсушка коллоидных ОСВ на иловых площадках производится в теплый период года. В связи с этим в расчетах необходимо учитывать площадь, необходимую для накопления в холодный период, и глубокой подсадки с разрыхления с разрыхлением в теплый период года. Для определения площади иловых площадок рекомендуется формула: = 7ч (4.32) где F- полезная площадь иловых площадок, м2; Реп и Рех- влажность исходного и подсушенного осадков, %; J- интенсивность подсушки, кг/м2 сут., определяемая по формуле (4.24); Qs- среднесуточное количество осадков сточных вод, м3/сут; Ту и х0 - продолжительность года и подсушки осадков, сут; 10 - переводной коэффициент. Общая площадь иловых площадок определяется с учетом площади необходимой для размещения оградительных валиков, которая обычно составляет 20-25 % от полезной. Объем осадка подсушенного на иловых площадках и его показатели определяют по формулам 4.29- 4.31. Выполненные исследования позволяют рекомендовать технологию глубокой подсушки ОСВ на иловых площадках до влажности 45 - 60 % в результате 2-3 разового перелопачивания.
Глубокой подсушке на иловых площадках можно подвергать не стабилизированную смесь первичного и уплотненного осадка или их стабилизированную смесь. Глубокую подсушку ОСВ до влажности 50 - 60 % можно производить на площадках как с естественным основанием (при уровне грунтовых вод не менее 1,5 м от дна площадок), так и с искусственным основанием и дренажом. Целесообразно применение площадок глубиной 1,2 - 1,5 м. Подачу осадков производить 2-3 последовательными напусками, глубиной слоя каждого напуска 0,8-1,2 м. Второй и третий напуски производить после прекращения понижения уровня осадка соответственно первого и второго напусков. После прекращения снижения уровня осадка последнего напуска и начала образования корки, содержимое площадок разрыхлять 2-3 раза через каждые 10-15 суток и довести его влажность до 55 - 50 % . Разрыхление можно производить бульдозером, оборудованным модифицированным отвалом. Разрыхление осадков производить в теплый период года с конца весны по конец осени, а в остальные периоды накапливать его на иловых площадках. Глубина слоя осадка влажностью 85-80 %, накопившегося на иловых площадках в холодный период года, не должна превышать 0,4 - 0,5 м. Расчетную нагрузку на иловые площадки принимать 160 -180 кг/м год. Для очистных сооружений малой производительности, а также средней и большей, расположенных далеко от населенных пунктов, можно не предусматривать предварительную стабилизацию.
