Обработка осадков производится для получения конечного продукта, наносящего окружающей среде наименьший вред, либо в идеале пригодного для использования в промышленности или сельском хозяйстве. Эта цель достигается осуществлением следующих трёх основных процессов (в различных технологических последовательностях):
1. Стабилизацией, придающей осадкам сточных вод способность не выделять вредные продукты разложения при длительном хранении.
2. Обезвоживанием, обеспечивающим минимальный объём осадков.
3. Обеззараживанием, делающим осадки безопасными по санитарно-бактериологическим показателям.
Стабилизация
Для сырого осадка и избыточного активного ила или биоплёнки, как правило, применяют стабилизацию в аэробных или анаэробных условиях.
Анаэробное сбраживание производят на малых сооружениях в перегнивателях, а на крупных — в метантенках с получением метана, который используется для выработки электроэнергии и тепла для нужд очистной станции.
Для станции производительностью 500 м³/сут. используется перегниватель (септик). Время пребывания осадка в таком сооружении при средней температуре +15°C составляет не менее 40 дней, что в нашем случае составит объём: для аэротенков с первичными отстойниками — 436 м³, для сооружений без первичных отстойников — 596 м³. При сбраживании количество осадка по сухому веществу уменьшается на 25–30%, влажность осадка падает до 96%. Биологический процесс в перегнивателях происходит экстенсивно, под влиянием внешних условий.
К достоинствам перегнивателей следует отнести их простоту, надёжность и отсутствие потребления энергии, к недостаткам — большой объём сооружений.
Аэробная стабилизация — это процесс окисления органических субстратов в аэробных условиях, который производится в сооружениях типа аэротенков глубиной 3–5 м. Время обработки для избыточного активного ила составляет от двух до пяти суток, для смеси ила и осадка первичных отстойников — 8–12 суток.
То есть объём стабилизатора для сооружений на 500 м³ составит:
- для сооружений с первичными отстойниками — 109 м³;
- для сооружений без первичных отстойников — 44,7 м³.
Это значительно меньше, чем у перегнивателя, но за это придётся платить сооружением отстойника с временем пребывания 1,5–5 часов — это объём примерно 1,8 м³/м³ стоков, а главное — расход электроэнергии на аэрацию, 1–2 м³/м³ объёма стабилизатора в час, но не менее 6 м³/м² в час, что составляет:
- для сооружений с первичными отстойниками — 163,5 м³/ч;
- для сооружений без первичных отстойников — 67,5 м³/ч.
Всё это при глубине не менее 4 м для выполнения условия «не менее 6 м³/м² в час». Это потребует наличия воздуходувки мощностью в первом случае 2,75 кВт, во втором — 1,125 кВт. То есть каждый месяц будет дополнительно расходоваться в первом случае — 8910 руб., а во втором — 3645 руб.
Обезвоживание
Старейший способ обезвоживания — это иловые площадки [2], к достоинствам которых относится простота конструкции и лёгкость эксплуатации (отсутствуют требования к квалификации). Недостатки — большая площадь сооружений и увеличение требуемой санитарно-защитной зоны (СЗЗ).
В нашем случае при суточной производительности Qсут = 500 м³ площадь иловых площадок для сооружений с аэротенками составит (по СНиП [2]):
- для сооружений с первичными отстойниками — 5570 м²;
- для сооружений без первичных отстойников — 7614 м².
При различных способах интенсификации (совершенствование системы дренажей, устройство прозрачной кровли от дождя и системы вентиляции, дозирование флокулянта и т. д.) производительность удаётся поднять в два раза и, соответственно, сократить площадь.
Кроме того, согласно СНиП [2] ширина санитарно-защитной зоны при использовании иловых площадок требуется на 200 м больше (400 против 200 м).
В современных условиях обезвоживание на иловых площадках является нерациональным, как с экономической, так и с экологической точек зрения. Поэтому применяют механическое обезвоживание на различных устройствах. Простейшими устройствами являются мешочные фильтры [3]. В таких фильтрах осадок, предварительно смешанный с флокулянтом, наливается в мешки из фильтровального материала, где обезвоживаются до влажности 85%. Далее мешки снимаются и заменяются на новые. К достоинствам установки относятся дешевизна, простота эксплуатации, удобство погрузки и транспортировки обезвоженного осадка (в целях экономии обычно мешки опорожняются и используются повторно, цена 30-литрового мешка составляет 350 руб.).
Другие устройства, получившие широкое распространение:
1. Центрифуги — дорогие и капризные устройства высокой производительности, применение которых оправдано только на крупных станциях.
2. Ленточные фильтр-прессы — громоздкие и сложные устройства.
3. Шнековые дегидраторы — современные, надёжные и экономичные устройства для обезвоживания осадка — после того, как появилось много отечественных производителей, их стоимость стала вполне приемлемой.
Следует также отметить, что для всех устройств обезвоживания требуется станция приготовления и дозирования флокулянта (полиэлектролита).
Обеззараживание осадков
Исследования показали, что даже сброженные в мезофильных условиях осадки сточных вод содержат большое количество гельминтов и патогенных микроорганизмов. Попадая в благоприятные условия яйца гельминтов становятся способными заражать людей и животных. Поэтому в случае дальнейшего использования в качестве органических удобрений для сельского хозяйства необходимо произвести обеззараживание осадка. Для этих целей широкое практическое применение получили биотермические, термические и химические методы.
Биотермический процесс разложения органических веществ осадков, осуществляемый под действием аэробных микроорганизмов с целью стабилизации, обеззараживания и подготовки осадков к утилизации в качестве удобрения, называется компостированием. Компостирование позволяет существенно сократить расходы на топливо или электроэнергию и улучшить санитарно-гигиенические показатели за счёт гибели болезнетворных микроорганизмов, яиц гельминтов и личинок мух. Для приготовления компоста желательно использование сырого, несброженного остатка, так как в процессе жизнедеятельности аэробных организмов происходит потребление и расход органических веществ и их нагрев.
Процесс компостирования производится обычным (экстенсивным) способом на компостных площадках или траншеях с продолжительностью несколько месяцев, либо по ускоренной технологии в специальных аппаратах (компостерах) в течение пяти-семи дней. В результате проведения компостирования получают компост в виде сыпучего материала влажностью 40–50%.
Готовый компост не имеет запаха, не загнивает и является хорошим удобрением. При этом решается проблема песка — его можно также засыпать в компостер, и он органично войдёт в состав полученного компоста, при этом нет необходимости отмывать его от органики в сложных и дорогостоящих устройствах. Следует отметить, что для компостирования важно поддержание оптимального соотношения C:N и начальной влажности, которые для осадков сточных вод достигают внесением углеродосодержащих добавок — опилок, сухой листвы, сухой травы, бумаги, веток, соломы, торфа и т. д., в зависимости от местных условий. В условиях Сочи отличной добавкой может служить помёт с Адлерской птицефабрики, образующийся в количестве 250 тонн в месяц и являющийся для фабрики обузой, или органические компоненты твёрдых бытовых отходов (ТБО).
Таким образом, оптимальной для сооружений производительностью 500 м³/ сут. представляется следующая схема обработки осадка:
- уплотнение осадка в илоуплотнителеотстойнике;
- дальнейшее обезвоживание на шнековом дегидраторе;
- ускоренное компостирование совместно либо с подстилочным помётом в компостере периодического или непрерывного действия (например, с вращающимся барабаном), либо с органическими компонентами ТБО [7].
При производительности КОС свыше 50 тыс. м³/сут. для переработки осадков сточных вод, отходов животноводческих комплексов и органических компонентов ТБО целесообразно использование сухой ферментации смеси обезвоженных осадков [6] и отходов жизнедеятельности людей и животных для переработки в биогаз и удобрение, а для биологической очистки сточных вод свободноплавающего активного ила, избыток которого можно использовать в качестве корма рыбам, а также птицам и прочим домашним животным, после сгущения и обезвоживания ила с подачей его в специальные кормушки [6].
Сухая ферментация: от биомусора до биогаза
Технология сухой ферментации позволяет получать энергию из отходов сельского хозяйства и озеленения. Это экологически безопасное, стабильное и CO2-нейтральное производство. Для получения биогаза не используются продукты питания и корм, только отходы.
Несомненно, использование возобновляемых источников энергии положительно влияет не только на экологию, но и на сохранность ископаемых природных ресурсов. Важным является и то, что биологические отходы являются «национальным сырьём» для каждой страны, то есть нет необходимости закупать их за границей, а значит, цена на них не зависит от политической ситуации. При удачном расположении биогазовой установки затраты на транспорт сырья также могут стать несущественными. Биогаз легко хранить и транспортировать, поэтому нет необходимости располагать биогазовую установку в непосредственной близости от потребителя. В одной только Германии на сегодняшний день более 3,5 млн семей покрывают свои потребности в электроэнергии благодаря биогазу. В сельских районах строительство биогазовых установок способствует созданию новых рабочих мест.
При ферментации биомассы получается биогаз с высоким содержанием метана и низким содержанием сероводорода.
В сравнении с влажной ферментацией требуются значительно меньшие капитальные затраты и количество исходного сырья. Любая органика, которая может быть ферментирована, как, например, биологические отходы, обрезки, навоз (содержание твёрдого вещества до 60%), может быть использована для получения биогаза. Более того, нет необходимости в сортировке либо дополнительной предварительной подготовке материала.
Технически усовершенствованные системы
Рассматриваемые технологии позволяют перерабатывать отходы в действительно ценный материал. Получаемая в результате электроэнергия может продаваться в сеть, а тепло, выделяемое в процессе выработки электричества, можно использовать для собственных нужд, тем самым экономя. Остатки сырья после сбраживания являются прекрасным натуральным, высококачественным удобрением.
Сухая ферментация открывает новые возможности для озеленительных фирм, пищевой промышленности и прочих предприятий, где имеется большое количество биологических отходов. Отпадает необходимость платить за вывоз и утилизацию мусора, его можно перерабатывать, получая ценные энергоресурсы. При должном подборе оборудования сроки окупаемости установки сравнительно невелики, а вклад в защиту окружающей среды неоспорим. Продажа удобрений, полученных в процессе ферментации, может дать существенный доход. При сбраживании сырья в сухих ферментерах достигается постоянно высокий выход газа. Благодаря современным технологиям существенно сократилось время простоя, приводящего к падению доходов. По сравнению с влажной ферментацией процесс происходит быстрее, требуется меньше работы персонала, меньше места, меньший расход воды и энергии.
