XJY. Превращение осадка сточных вод в биошлам: путь к очистке сточных вод и не только.
Введение в модель XJY Обработка осадка
До 1950 года большинство населенных пунктов в Соединенных Штатах сбрасывали свои сточные воды в ручьи и реки, практически не подвергая их очистке. По мере роста городского населения естественная способность ручьев и рек справляться со сточными водами оказалась исчерпана, что привело к ухудшению качества воды во многих регионах. В ответ на опасения по поводу ухудшения качества воды тысячи населенных пунктов по всей территории Соединенных Штатов построили канализационные системы.Очистка воды Системы очистки сточных вод были внедрены в 1950-х и 1960-х годах. Это привело к значительному улучшению качества воды в ручьях и реках, но создало еще один материал, с которым приходится иметь дело: осадок сточных вод. Примерно 99% сточных вод, поступающих на очистные сооружения, сбрасываются в виде очищенной воды. Остальная часть представляет собой разбавленную суспензию твердых частиц, которые были уловлены в процессе очистки. Эти твердые частицы, образующиеся в процессе очистки сточных вод, обычно называют осадком сточных вод.
картина 1 сточные воды
«Осадок сточных вод» или «биошламы» — что значит название?
Термин «биоосадок» был недавно введен в отрасли очистки сточных вод. Отрасль определяет биоосадок как осадок сточных вод, прошедший достаточную обработку для стабилизации и снижения количества патогенных микроорганизмов, и имеющий достаточно высокое качество для внесения в почву. Этот термин призван отличать высококачественный, обработанный осадок сточных вод от необработанного осадка и от осадка сточных вод, содержащего большое количество загрязняющих веществ. Термин «биоосадок» также помогает отличить осадок сточных вод от промышленного осадка, подчеркивая, что первый образуется в результате биологического процесса. Некоторые критикуют этот термин как попытку замаскировать истинную природу осадка сточных вод, тем самым делая внесение этого материала в почву менее неприемлемым для широкой общественности. Хотя термин «биоосадок», несомненно, не вызывает тех же негативных ассоциаций, что и «осадок сточных вод» или просто «осадок», он является законным и функциональным термином при правильном использовании для проведения описанного выше различия. В данном документе термин «осадок сточных вод» будет использоваться для обозначения твердых отходов очистки сточных вод в целом, а термин «биошлам» — для обозначения материала, пригодного для внесения в почву.
картина 2 Трубопровод для отвода осадка сточных вод
Производство Муниципальный осадок сточных вод XJY
Муниципальные сточные воды, или канализационные стоки, — это вода, используемая в домах и предприятиях в городских и пригородных районах для мытья, купания и смыва туалетов. Муниципальные сточные воды также могут включать воду из промышленных источников. Для удаления химических веществ или загрязняющих веществ, образующихся в результате промышленных процессов, промышленные предприятия, сбрасывающие сточные воды в муниципальные канализационные системы, должны предварительно очищать свои сточные воды перед их сбросом в канализацию. Сточные воды транспортируются по санитарной канализации на централизованную очистную станцию (иногда называемую очистной станцией, находящейся в государственной собственности, или POTW). На POTW сточные воды проходят ряд этапов очистки, в которых используются физические, биологические и химические процессы для удаления питательных веществ и твердых частиц, разложения органических веществ и уничтожения патогенов (болезнетворных организмов) в воде. Очищенная вода сбрасывается в ручьи и реки или может распыляться на большие площади земли.
Рисунок 3. Обработка муниципальных сточных вод.
Предварительная очистка неочищенных сточных вод включает в себя просеивание для удаления крупных предметов, таких как палки, бутылки, бумага и тряпки, а также стадию удаления песка, в ходе которой неорганические твердые частицы (песок, щебень, зола) быстро оседают из воды. Удаленные на этой стадии отходы и щебень обычно захораниваются на полигонах и не входят в состав осадка сточных вод.
Первичная очистка включает процессы гравитационного осаждения и флотации, которые удаляют приблизительно половину твердых частиц, поступающих на этот этап. Твердые частицы (как органические, так и неорганические), оседающие на этом этапе очистки, отводятся со дна и образуют первичный осадок. В большинстве очистных сооружений плавающие частицы (масло, жир, древесина и растительные остатки), которые собираются с поверхности воды во время первичной очистки, утилизируются отдельно и не входят в состав первичного осадка.
Вторичная очистка — это тщательно контролируемый и ускоренный биологический процесс, в котором природные микроорганизмы используются для разложения (расщепления или переваривания) взвешенных и растворенных органических веществ в сточных водах. Эти вещества преобразуются в углекислый газ, который выбрасывается в атмосферу, и в массу микробных клеток.
В отстойниках вторичного типа масса микробных клеток оседает на дно и удаляется. Этот преимущественно органический материал называется вторичным илом.
Некоторые очистные сооружения также включают этапы третичной очистки, предназначенные для дальнейшего снижения содержания питательных веществ (азота и фосфора), взвешенных твердых частиц или биологического потребления кислорода в сточных водах. Химическое осаждение фосфора и фильтрация приводят к образованию третичного осадка.
Наконец, вода проходит дезинфекционную обработку для уничтожения патогенных микроорганизмов. Затем очищенная вода сбрасывается в ручей или реку, либо может распыляться на большие площади земли.
Методы лечения XJY муниципальный осадок сточных вод
Первичный, вторичный и третичный осадок обычно объединяют, и полученная смесь, содержащая от 1 до 4% твердых веществ, называется «сырым» осадком сточных вод. Из-за содержания патогенов и нестабильной, разлагаемой природы сырой осадок сточных вод представляет потенциальную опасность для здоровья и окружающей среды; однако в настоящее время используются различные методы обработки для стабилизации осадка сточных вод, снижения содержания патогенов и повышения содержания твердых веществ. Некоторые из наиболее часто используемых методов стабилизации и снижения уровня патогенов в осадке сточных вод перечислены и кратко описаны в таблице 1.
| Метод лечения | Описание | Влияние на осадок |
| Загустение | Твердые частицы осадка концентрируются либо путем осаждения под действием силы тяжести, либо путем подачи воздуха, в результате чего твердые частицы осадка всплывают. | Осадок сохраняет свойства жидкости, но содержание твердых веществ увеличивается до 5-6%. |
| Осушение | Осушение
|
|
| Анаэробное сбраживание | Один из наиболее распространенных методов обработки осадка. Осадок выдерживают в отсутствие воздуха от 15 до 60 дней при температуре от 68 до 131°F (20-55°C). Анаэробные бактерии питаются осадком, производя метан и углекислый газ. На некоторых очистных сооружениях метан собирают и сжигают для поддержания температуры обработки. |
|
| Аэробное сбраживание | Осадок перемешивают с воздухом или кислородом в течение 40–60 дней при температуре от 59 до 68 °F (14–20 °C). Аэробные бактерии питаются осадком, выделяя углекислый газ. |
|
| Щелочная стабилизация | В осадок добавляют достаточное количество щелочного вещества, чаще всего извести (CaO), чтобы повысить его pH как минимум до 12 в течение 2 часов. pH должен оставаться выше 11,5 в течение дополнительных 22 часов. |
|
| Компостирование | Осадок обезвоживают, чтобы увеличить содержание твердых веществ примерно до 20%, затем смешивают с органическим материалом с высоким содержанием углерода, таким как древесные опилки. Смесь компостируют в аэробных условиях при температуре не ниже 131°F в течение нескольких дней в процессе компостирования. |
|
Что находится внутри? осадок сточных вод?
Осадок сточных вод состоит как из неорганических, так и из органических веществ, содержит высокие концентрации некоторых питательных веществ для растений, гораздо меньшие концентрации многочисленных микроэлементов¹ и органических химических веществ, а также некоторых патогенов. Состав осадка сточных вод значительно варьируется в зависимости от состава сточных вод и используемых процессов очистки. В таблице 2 приведены медианные значения и 95-й процентиль концентраций питательных веществ для растений и некоторых микроэлементов, обнаруженных в осадке сточных вод. Эти данные получены в результате обширного исследования осадка сточных вод, образовавшегося в Пенсильвании в 1996 и 1997 годах.
Варианты решения проблемы осадок сточных вод
Осадок сточных вод можно рассматривать либо как органический и питательный ресурс, который можно использовать с пользой, либо как отходы, подлежащие утилизации. До 1991 года большие объемы осадка сточных вод, в том числе и из Пенсильвании, сбрасывались в океан. Опасения по поводу чрезмерного загрязнения океанских вод питательными веществами привели к запрету этой практики. В настоящее время почти весь осадок сточных вод, образующийся в Пенсильвании, проходит обработку и имеет достаточно высокое качество, чтобы быть классифицированным как биошлам. Немногим менее половины этого материала утилизируется путем захоронения на свалках или сжигания, в то время как оставшийся биошлам перерабатывается и возвращается в почву для использования в сельском хозяйстве, рекультивации шахт, озеленении или садоводстве. Каждый из этих вариантов имеет свои экономические и экологические преимущества, проблемы и риски.
утилизация на полигоне
С точки зрения управления и обращения с материалами, захоронение отходов на полигонах, пожалуй, является самым простым решением. С экономической точки зрения, в настоящее время захоронение отходов на полигонах выгодно отличается от других вариантов. Однако это, несомненно, изменится по мере того, как площадь полигонов будет становиться все более ограниченной, а плата за утилизацию отходов (стоимость сброса отходов) будет расти. С экологической точки зрения, захоронение отходов на полигонах предотвращает выброс любых загрязняющих веществ или патогенов, содержащихся в осадке, за счет концентрации осадка в одном месте. При надлежащем строительстве и обслуживании полигона экологические риски минимальны.
Однако захоронение осадка сточных вод на полигонах сопряжено с рисками. Органические отходы подвергаются анаэробному разложению на полигонах, в результате чего образуется метан, который может попадать в атмосферу. Метан — это парниковый газ, который связывают с глобальным потеплением. Другие газы, выделяемые со свалок, могут вызывать неприятные запахи. Большое количество питательных веществ, которые осадок сточных вод добавляет на свалку, представляет опасность для местной окружающей среды. В случае повреждения защитного слоя полигона или системы сбора фильтрата эти питательные вещества могут загрязнить местные грунтовые и поверхностные воды. Захоронение осадка сточных вод также занимает ценное пространство на полигоне и лишает возможности использовать потенциальные преимущества органических веществ и питательных веществ для растений, содержащихся в осадке.
картина 4 утилизация на полигоне
утилизация путем сжигания
Сжигание осадка сточных вод уменьшает объем утилизируемого материала, полностью уничтожает патогенные микроорганизмы, разлагает большинство органических веществ и позволяет восстановить небольшое количество теплотворной способности, содержащейся в осадке сточных вод. Остаточная зола представляет собой стабильный, относительно инертный, неорганический материал, составляющий всего 10-20% от первоначального объема осадка. Большинство микроэлементов в осадке сточных вод концентрируются в золе (увеличение концентрации в пять-десять раз). Чаще всего этот материал захоранивается на полигонах, хотя потенциально его можно использовать в строительных материалах.
Сжигание также приводит к выбросу в атмосферу углекислого газа (еще одного парникового газа) и, возможно, других летучих загрязняющих веществ (кадмия, ртути, свинца, диоксинов). Работа мусоросжигательных заводов требует сложных систем для удаления мелкодисперсных частиц (летучей золы) и летучих загрязняющих веществ из дымовых газов. Это делает сжигание одним из самых дорогостоящих вариантов утилизации осадка сточных вод. Как и в случае с захоронением на полигонах, потенциальные преимущества органических веществ и питательных веществ для растений, содержащихся в осадке сточных вод, теряются.
Рисунок 5. Утилизация путем сжигания.