Осадок сточных вод: виды, методы сушки, обработка и использование

Процесс очистки стоков завершается образованием значительного объема осадка.

Очищенные воды сбрасываются в водные объекты, а осажденные компоненты превращаются в суспензию из минеральных и органических примесей.

В статье мы расскажем о том, каков технологический цикл обработки осадков сточных вод, а также что можно сделать с данным веществом в дальнейшем.

Схема образования

Стандартная схема многоэтапной очистки стоков, предусматривающая утилизацию осадка:

Осадки сточных вод (ОСВ) – отходы, которые образуются на сооружениях механической, физико-химической, биологической очистки стоков различного происхождения. Выведенный из процесса биоочистки избыточный активный ил также относится к категории ОСВ.

Осадок характеризуется различными свойствами и составом, которые зависят от условий образования стоков, от технологии очистки и категории очистных сооружений. ОСВ в основном имеют жидкую структуру (консистенция зависит от влажности).

Внедрение технологий переработки осадка актуально для водопользователей всех российских регионов, так как вывоз и захоронение отхода на полигонах является нецелесообразным и затратным мероприятием.

Масса ОСВ велика, осадок требует для накопления значительных территорий серьезных затрат на вывоз и последующую рекультивацию земель объектов размещения отходов.

Другие негативные моменты захоронения ОСВ на полигонах:

1. Отрицательное влияние отходов на атмосферный воздух, почву, подземные воды.
2. Заполнение накопителей и иловых карт до критических отметок.
3. Жалобы населения на неприятный запах.
4. Неэффективное использование земельных участков.

Ниже – схема рационального использования СВ в северной столице:

Характеристики

Осадок очистки стоков представляет собой водный шлам органических и минеральных примесей, выделяемых из дождевых, производственных, хозбытовых стоков при очистке. Отход относится к классу труднообезвоживаемых полидисперсных суспензий.

Осадки можно разделить на:

• инертные и токсичные;
• стабильные и нестабильные (загнивающие).

Температура ОСВ – 12–200° С. Активная реакция среды (показатель рН) аналогична pH стоков – от 6 до 8. Показатели объема, влажности, плотности и химического состава ОСВ колеблются в широких пределах.

Классификация

В зависимости от того, в каких условиях сформировалась масса ОСВ, каким образом происходило отделение, осадки разделяются на первичные и вторичные.

В таблице – характеристики ОСВ и оборудования для отделения ОСВ:

По размеру частиц состав ОСВ неоднороден – от заметных фракций около 10 мм до мельчайших частичек коллоидной и молекулярной дисперсности.

К грубым ОСВ относятся крупные взвешенные и плавающие включения (в основном органической природы), которые задерживаются на ситах и решетках.

Отбросы перерабатываются в метантенках или компостируются вместе с растительными отходами, опилками или торфом для получения органических удобрений.

Тяжелые ОСВ:

• песок;
• фракции различных минералов;
• кирпича
• угля;
• стекла.

Плавающие ОСВ:

• нефтяные пленки;
• всплывшие нефтепродукты;
• пятна минеральных масел;
• жиры.

Сырой осадок – студенистая и вязкая суспензия с кислым запахом. Органические компоненты составляют 70–80 %, они подвержены быстрому загниванию, сопровождаемому неприятным запахом.

Активный ил – биоценоз микроорганизмов и простейших, природный флокулянт. Выглядит как бурая хлопьевидная масса. Свежий ил практически не имеет запаха или может пахнуть землей. При загнивании появляется сильный гнилостный запах. Ил аэротенков характеризуется высокой влажностью – до 99,7 %.

Состав

По химическому составу ОСВ можно разделить на:

• минеральные – фракции песка и глины, примеси минеральных масел, щелочей, кислот, солей;
• органические – частицы бытовых отходов, фекалий, примеси растительных масел, нефти и нефтепродуктов, растительные волокна;
• смеси органических и минеральных примесей.

Основные макрокомпоненты ОСВ – инертные соединения, которые входят в состав песка, глины и различных минералов – оксиды:

• кремния – от 40 %;
• алюминия – до 10 %;
• кальция – 5 % и более;
• железа – до 7 %.

В составе ОСВ также присутствуют:

• примеси органической природы (15-35 %), в том числе гумусовые вещества;
• разнообразные микроэлементы;
• макроэлементы с удобрительными качествами (азот, фосфор, калий).

Могут также присутствовать:

• соли тяжелых металлов;
• синтетические ПАВ;
• канцерогенные и токсичные примеси.

Это требует контроля состава и регламентирования объемов ОСВ.

ОСВ часто характеризуются бактериологической загрязненностью живыми микроорганизмами (бактерии, водоросли, простейшие) и паразитами (личинки и яйца гельминтов).

В активном иле, кроме аэробных бактерий, присутствуют дрожжевые и плесневые грибы, возбудители желудочно-кишечных заболеваний.

По этой причине осадки опасны с точки зрения санитарно-эпидемиологических норм и требуют обеззараживания. Например, при обеззараживании термофильным сбраживанием яйца глистов полностью уничтожаются.

ФККО

В ФККО осадки в основном присутствуют в блоке 7, тип 7 20 000 00 00 0 «Отходы при сборе и обработке СВ, вод систем оборотного водоснабжения».

Это отходы при очистке:

1. СВ ливневой канализации.
2. Хозбытовых и смешанных СВ.
3. Нефтесодержащих СВ на ЛОС, в том числе нефтесодержащих СВ мойки автотранспорта.
4. Вод и сооружений систем оборотного водоснабжения, не вошедшие в блоки 2, 3.
5. Прочих СВ, не содержащих специфические загрязнители.

Каждый подтип, в свою очередь, содержит множество групп и подгрупп в зависимости от характеристик стоков и используемого оборудования водоочистки. Большинство ОСВ относятся к IV классу опасности (малоопасные отходы).

Показатели ОСВ

Основные свойства, характеризующие ОСВ:

• влажность;
• зольность;
• плотность;
• концентрация взвешенных веществ;
• удельное сопротивление.

Влажность

Влажность – процентная концентрация воды в 100 кг осадка.

ОСВ (сырые и сброженные) при влажности:

• более 90 % – представляют собой жидкую текучую массу;
• 85-90 % – имеют пастообразную консистенцию;
• 80-85 % – похожи на жидкую грязь, а при более низкой влажности имеют вид слегка влажной почвы.

Ил при влажности около 90 % имеет пастообразную консистенцию, а при влажности 85-87% и ниже становится похож на увлажненную почву.

Плотность

Плотность ОСВ, в г/см³:

Зольность

Разделение по объему неорганических и органических компонентов в нерастворимом веществе происходит при его прокаливании в просушенном виде. При 600 ˚С органические примеси осадка сгорают, а неорганические превращаются в золу.

Зольность – процентное отношение веса золы к весу всего сухого вещества, параметр определяется взвешиванием.

Форма связи влаги

Показатель позволяет точно оценить возможность и качество удаления влаги из ОСВ, подобрать оптимальный метод выделения осадка.

Влага в ОСВ может находиться в различных формах:

• в форме свободной воды;
• в физико-механической связи с твердыми частицами;
• в физико-химических соединениях;
• в химических соединениях.

Например, у свободной влаги минимальная энергия связи со структурой осадка. Такая влага легко поддается обезвоживанию или естественной сушке. Физико-механические связи нарушаются в результате выпаривания или удаления влаги под давлением.

Удельное сопротивление фильтрации

Характеризует потенциал осадка к влагоотдаче при обезвоживании фильтрованием под воздействием давления или вакуума. Чем меньше показатель, тем лучше влагоотдача.

Сжимаемость

Когда перепад давления возрастает, поры в структуре ОСВ уменьшаются, сопротивление фильтрации возрастает. Существует «критическое давление», при котором фильтрация невозможна.

Индекс центрифугирования

Критерий водоотдачи осадка в центробежном поле.

Технологии сушки

Влажность ОСВ достигает 99 %, поэтому на первой стадии обработки проводится обезвоживание, при котором удаляется лишняя влага.

Для более полного удаления влаги применяется сушка, а затем осадок сжигается, образуя золу и тепловую энергию — так выглядит традиционная схема обработки ОСВ.

Осадок после механического обезвоживания или подсушенный на иловых площадках называется «кек».

Обезвоживание

Механическое обезвоживание – технология удаления из массы осадка влаги (сушки) до остаточной влажности 70–85 %, процесс, направленный на увеличение содержания сухого вещества в осадке.

Обезвоживание реализуется:

• в результате подсушки на иловых площадках, в естественной среде;
• путем механического удаления влаги на аппаратах механического обезвоживания – прессах (фильтрпрессах, камерных, шнековых, гидравлических), центрифугах различной модификации.

Снижение влажности со среднего показателя 96 % до 70 % уменьшает первоначальный объем осадка с 1000 л до 120 л, что упрощает его транспортирование и дальнейшую обработку.

Механическое

На устройствах механического обезвоживания жидкий осадок обрабатывается реагентами (часто органическими флокулянтами). Коллоидная структура фракций осадка нарушается, позволяя эффективно отделяться воде.

В фильтр-прессах (ленточных или камерных), шнековых прессах свободная жидкость отделяется под давлением.

При использовании центрифуг вода от твердой составляющей ОСВ отделяется в центробежном поле, водный фильтрат (фугат) сливается.

Показатель, характеризующий концентрацию сухого вещества в обезвоженном ОСВ, обычно составляет 18–30 %. Величина определяется видом осадка, типом применяемого оборудования.

Обезвоживание на иловых площадках

Снижение влажности осадка на естественном основании иловых площадок происходит при испарении воды и в большей степени при ее фильтровании.

ОСВ в жидком состоянии поступает на иловые площадки, оснащенные системой для отведения сливной воды. Иловые площадки – неглубокие открытые земляные сооружения, состоящие из карт, разделенных ограждающими валиками.

Площадки различаются наличием дренажных устройств:

• без дренажных устройств;
• с горизонтальными дренажными устройствами;
• с вертикальными дренажными устройствами.

После расслоения осадка отделившаяся жидкость удаляется и направляется на очистку. Обезвоженный осадок подсыхает (или при минусовых температурах вымораживается). Чтобы ускорить процесс, применяется ворошение и буртование.

Концентрация сухого вещества зависит от нагрузки на иловую площадку, от соблюдения регламента обезвоживания, составляет до 25–40 %.

Геотубирование

Геотубирование – метод обезвоживания ОСВ в результате его размещения его внутри цилиндрических объемных систем из устойчивого геотекстиля с обезвоживающими свойствами.

Термическая сушка

Сушка ОСВ основана на использовании тепловой энергии для испарения воды после обезвоживания. При этом энергопотребление значительно выше, чем в предварительном процессе удаления влаги. После сушки влажность в высушенном продукте снижается до 10 % и ниже.

Процесс также характеризуется:

• стабилизацией;
• обеззараживанием;
• обеспечение сыпучести осадка.

Удаление воды при испарении из ОСВ увеличивает концентрацию сухого вещества, одновременно уменьшая его массу.

Высушенный осадок представляет собой гранулы или сыпучую массу, которые используются как конечный продукт (удобрение при обогащении почв) или сжигаются.

Процесс термической сушки ОСВ разделяют на две основные группы:

1. Прямой нагрев (конвективная сушка).
2. Косвенный нагрев (контактная сушка).

Классификация базируется на методе передачи тепловой энергии осадку при его нагреве. Существуют комбинированные установки, объединяющие оба процесса.

При конвективной сушке передача тепла происходит при непосредственном контакте с нагретым воздухом или газом. Температура осадка увеличивается, и вода испаряется. При контактной сушке осадок и теплоноситель (горячая вода, масло или пар) разделены нагретой стенкой.

Для термической сушки используются:

1. Аппараты конвективного типа (прямая сушка). Осадок высушивается при подаче в сушильный аппарат дымовых газов от сжигания топлива. Отходящие газы подвергаются очистке или дожигу.
2. Аппараты кондуктивного типа (непрямая сушка). Сушка производится во вращающемся сушильном барабане, путем передачи тепла через его стенки от нагретого теплоносителя к осадку. Теплоноситель (термомасло, вода) нагревается в результате сжигания топлива. Непрямая сушка позволяет осуществлять рекуперацию энергии испаренной влаги.
3. Комбинированные аппараты. Осадок высушивается во время подачи дымовых газов от сжигания топлива, в результате передачи тепла от нагретого теплоносителя через стенки сушильного барабана.

Для интенсификации сушки применяются:

• подогрев поверхностей;
• использование гелиоводонагревателей, инфракрасных ламп, тепловых насосов.

Сушка применяется как подготовительный этап к:

• дальнейшему использованию осадка в качестве биотоплива, удобрения;
• проведению конверсии органических примесей в газообразное топливо (пиролизу).

Высушенный осадок представляет собой органоминеральный продукт, востребованный:

• как удобрение для посадки придорожных лесохозяйственных культур, в лесных/декоративных питомниках;
• как рекультивант при восстановлении нарушенных земель и участков под полигоны ТКО;
• для строительства откосов автодорог.

Солнечная сушка

Осадок может подвергаться высушиванию под ультрафиолетовыми лучами в естественной среде. Преимущество технологии – возможность использования солнечной энергии для снижения эксплуатационных расходов.

Солнечные сушилки представляют собой теплицы, где ограждающие конструкции выполнены из прозрачных материалов, а на основание подается и распределяется слоем обезвоженный осадок.

Для удаления влажного воздуха и подачи свежего воздуха применяются системы принудительной вентиляции. Для равномерной сушки осадка производится его перемешивание.

Обработка и использование

Объем, состав, свойства ОСВ, а также наиболее рациональные методы их обработки, зависят от категории, количества и состава очищаемых стоков.

Ниже – одна из технологических схем обработки и утилизации ОСВ:

Обработка ОСВ – мероприятия, направленные на его трансформацию.

Во время обработки происходит:

• снижение объема;
• изменение структуры;
• уменьшение влажности;
• стабилизацию органики;
• обеззараживание.

Схемы обработки ОСВ могут состоять из комбинации различных методов.

Технология использования ОСВ зависит от способа его подготовки и обезвреживания, наилучшие доступные методы обработки описаны в ИТС 10-2019.

ГОСТ Р 59748-2021 регулирует методы и оборудование для обработки ОСВ. Обработанные осадки могут классифицироваться стандартом как «побочная продукция».

Этот статус позволяет использовать отвечающий его требованиям осадок:

• в качестве удобрений (органических, органоминеральных, органо-известковых): в сельском хозяйстве, личных подсобных хозяйствах при выращивании рассады, питомниках выращивания растений, в создании долголетних сенокосно-пастбищных угодий, паровых полей, в цветоводстве, ландшафтном дизайне;
• в качестве растительных грунтов на селитебных и рекреационных участках;
• для восстановления земель, нарушенных во время открытых горных работ, для рекультивации песчаных и глиняных карьеров, участков добычи торфа;
• для биологической рекультивации полигонов захоронения отходов, проведения агротехнических и фитомелиоративных мероприятий при восстановлении плодородия почв;
• в качестве прокладки изолирующего слоя на объектах размещения отходов;
• при строительстве и эксплуатации линейных сооружений;
• в качестве биотоплива;
• как компонента для производства цементов.

Требования к обработанным ОСВ, которые могут использоваться как побочная продукция, кроме ГОСТ Р 59748-2021, устанавливаются:

• ГОСТ Р 17.4.3.07;
• СанПиН 2.1.7.573-96;
• локальными стандартами предприятий – ТУ, инструкциями и регламентами.

Если характеристики ОСВ не соответствуют требованиям указанных нормативных актов, а также в случае отсутствия возможности использования ОСВ, что приводит к их вынужденному захоронению, обработанные ОСВ относятся к категории «отходов».

Рассмотрим распространенные методы обработки ОСВ.

Концентрирование

В активном иле из вторичных отстойников низкая концентрация сухого вещества (4–8 кг/м³). Чтобы оптимизировать последующие этапы обработки, концентрацию осадка повышают до значений 30–60 кг/м³.

Для сгущения и уплотнения осадка используется следующее оборудование:

1. Механические сгустители. Осадок или ил обрабатывается флокулянтом. Затем сгущается в результате гравитационного стекания отделившейся жидкости на фильтрующих лентах (вращающихся ситах). Другой вариант сгущения – в центробежном поле сгущающих центрифуг. Результат по концентрации сухого вещества – до 60 кг/м³.
2. Флотационные сгустители. Ил или осадок смешивается с рабочей жидкостью (иловой водой), которая предварительно насыщается воздухом под давлением. Пузырьки воздуха флотируют фракции осадка к поверхности сооружения, где они удаляются с помощью скребков. Иловая жидкость сливается. Результат обработки по содержанию сухого вещества – около 60 кг/м³.
3. Уплотнители. Избыточный активный ил или другой тип осадка помещается в проточный уплотнитель, где в условиях гравитационного уплотнения разделяется на 2 фракции — сливную жидкость и уплотненный осадок. Вода удаляется через водослив, уплотненный осадок со дна емкости отводится на дальнейшую обработку.

Результат по концентрации сухого вещества:

• для ила – до 30 кг/м³;
• для ОСВ первичных отстойников – до 60 кг/м³.

Уплотненный осадок:

• улучшает качество обезвоживания стандартными методами (достигается меньшая влажность кека), аэробного и анаэробного сбраживаний;
• упрощает процесс транспортировки на участки следующих стадий обработки.

Кроме того, при обработке уплотненного осадка снижается гидравлическая нагрузка на оборудование.

Стабилизация

Технология применяется для разложения легкоразлагаемой органики в аэробных или анаэробных условиях, для получения биогаза. При стабилизации уменьшается выраженность запаха на следующих стадиях обработки или при использовании.

Для стабилизации осадков в жидком состоянии используются:

1. Аэробные стабилизаторы. Открытые резервуары, конструкцией напоминающие аэротенки. Часть органики окисляется бактериями активного ила в результате аэробных биохимических процессов. Уровень распада органики при аэробной стабилизации ниже, чем при анаэробных процессах. Распад органического вещества – 20–25 %. Процесс характеризуется высокими энергозатратами.
2. Метантенки. Закрытые резервуары, исключающие доступ воздуха. Оснащены насосами и мешалками.

Осадок нагревают паром (или в теплообменниках). При нагреве до 53 °C начинается термофильный процесс, при нагреве до 35 °C запускается более медленный мезофильный процесс.

Часть органики разлагается до биогаза (смеси метана и углекислого газа) в результате сбраживания, этот анаэробный биохимический процесс осуществляется в основном метановыми бактериями.

ОСВ, сброженные в анаэробных устройствах, имеют следующие свойства:

• черные или темно-серые;
• имеют однородную, мелкую структуру;
• обладают высокой текучестью;
• пахнут асфальтом или сургучом.

Распад органического вещества – 45– 48 %.

Разложение осадков в метантенках сопровождается значительным выделением метана. Объем биогаза с содержанием метана 65 % – до 900 м3 на тонну разложившейся органики. Процесс характеризуется низким уровнем электропотребления.

Обработка жидких осадков в метатенках и аэробных стабилизаторах – не единственный метод их стабилизации. Подобный эффект достигается при компостировании или сушке ила.

Сравним несколько анаэробных процессов сбраживания в таблице:

Обеззараживание

Обеззараживание жидких осадков требуется для уничтожения бактерий, кишечной палочки, патогенных микроорганизмов, а также дезинвазии.

Обеззараживание осадка может проводиться путем термофильного сбраживания в метантенках и компостирования:

1. Система дозирования реагента и перемешивания. Установка используется для реагентного обеззараживания осадка. Для дозирования негашеной извести (30 % к объему обрабатываемого осадка) в обезвоженный осадок предназначены дозаторы, для перемешивания – двухвалковые смесители, для транспортировки полученной смеси в бункер – скребковые транспортеры, бетононасосы. Для дозирования жидких реагентов в жидкий осадок используется расходно-растворный резервуар реагента и дозирующий насос. Обеззараживание негашеной известью достигается при высоких значениях температуры и рН.
2. Установка теплового обеззараживания. Оборудование предназначено для термического обеззараживания.

Жидкий осадок выдерживается в емкости при температуре до 70 °C не менее получаса.

Установка оснащена:

• при подогреве горячей водой – системой теплообменников нагрева и рекуперации;
• при нагреве подачей пара – системой рекуперации.

Метод теплового воздействия обеспечивает полное обеззараживание. Эффективного обезвреживания ОСВ можно добиться при обработке аммиачной водой и тиазоном.

Последний губителен не только для яиц гельминтов, но и для патогенных микроорганизмов, яиц и личинок мух, плесени, семян сорняков.

Обработанный тиазоном осадок выдерживается в буртах, покрытых пленкой, в течение 30 дней. Если такой осадок используется в качестве удобрения, его вносят в почву в осенние месяцы, когда урожай уже убран.

Дополнительная выдержка в естественных условиях

ОСВ выдерживается на имеющихся иловых площадках или на искусственных площадках, предназначенных для стабилизации и обеззараживания осадков. Осадок после механического удаления воды транспортируется и выгружается на площадки для дообработки.

Выдержка осадка производится в течение 2– 5 лет и более: чем продолжительнее период обработки, тем ниже масса и выше уровень минерализации.

За несколько лет выдержки происходят следующие процессы:

• подсушивание;
• вымораживание;
• стабилизация;
• минерализация органики;
• обеззараживание за счет естественных микробиологических процессов.

Технология целесообразна, если до обезвоживания не проводилось термофильное сбраживание, либо после обезвоживания не запланировано компостирование.

Процессы снижения влажности, минерализации, обеззараживания протекают быстрее, если производится ворошение и буртование.

Технология предназначена для подготовки осадков, предварительно подсушенных или механически обезвоженных, к использованию в качестве:

• почвогрунтов;
• органических удобрений;
• рекультиванта.

Компостирование

Компост — это последствие жизнедеятельности специальных микроорганизмов в виде смеси биологических и органических веществ.

Компостирование – подготовка осадка к использованию в качестве органического удобрения, (компоста), биотехнологический способ переработки смеси ОСВ и органических добавок.

Процесс компостирования протекает в результате биотермического разложения и гумификации органических примесей.

Готовый компост представляет собой сыпучий продукт влажностью 40-50 %, без запаха. Содержит полезную микрофлору и другие вещества, необходимые для роста и развития растений, повышающие плодородие почв.

Что происходит во время компостирования:

1. Органические вещества стабилизируются и гумифицируются.
2. Происходит обеззараживание.
3. Влажность снижается от 50 % и более.
4. Масса осадка уменьшается.
5. Улучшаются физико-механические показатели компостируемой массы.
6. Улучшается товарный вид отхода.

ОСВ характеризуются низким отношением углерода к азоту, высокой влажностью, недостаточно аэрируются. Метод компостирования заключается в смешении ОСВ с материалом, сорбирующим влагу и имеющим низкую влажность (до 40 %).

Наполнитель должен насытить ОСВ дополнительным углеродом, придать смеси подходящую для аэрации структуру. Идеальными компонентами компоста из ОСВ являются древесные опилки, отходы растительного происхождения.

Сначала ОСВ должен подвергнуться подготовке – уплотнению (сгущению) в уплотнителях (флотационных), в сооружениях для гравитационного или механического воздействия.

Процесс компостирования состоит из двух фаз:

1. В течение 1-3 недель происходит интенсивное развитие микроорганизмов. Температура среды увеличивается до 50-80 °С. На этом этапе осадок обеззараживается, масса уменьшается.
2. Стадия созревания компоста продолжается от двух недель до 3-6 месяцев. Процесс сопровождается развитием простейших и других организмов, понижением температуры до 40 °С и ниже. При повышении температуры окружающего воздуха разложение органики интенсифицируется.

Применяют следующие варианты компостирования:

• буртовое – путем смешения осадка и наполнителя, буртования и ворошения буртов на площадке;
• тоннельное – с принудительной подачей воздуха.

Контроль агрохимических показателей почв, которые систематически удобряются ОСВ или компостами на их основе, проводится не реже одного раза в 5 лет по показателям:

• pH;
• содержание гумуса;
• подвижных форм азота, фосфора и калия, тяжелых металлов.

На основании результатов исследований выносится решение о возможности/невозможности продолжения использования ОСВ на этом участке.

Способы утилизации

ОСВ на очистных сооружениях образуются непрерывно, считаются крупнотоннажными отходами. Продолжительное накопление (более 11 месяцев) отхода на территории очистных сооружений невозможно, это может нарушить технологический режим эксплуатации оборудования, оказать негативное влияние на окружающую среду, привести к сверхнормативным платежам за НВОС и штрафам.

По этой причине требуется переработка отхода, желательно с максимальным извлечением экономической выгоды.

Продукты переработки ОСВ – осадки, переработанные биотехнологическими, физико-химическими методами, методами термической сушки и сжигания, а также другими способами.

Возможные способы утилизации и варианты использования потенциала ОСВ:

Сжигание

Термическая утилизация максимально сокращает объем осадка в результате окисления органической составляющей, сжигание полностью удаляет ее. Дополнительный эффект от сжигания ОСВ – получение тепловой энергии.

Как протекает процесс:

1. Обезвоженная или высушенная масса отхода сжигается в горячем слое песка, который псевдоожижается воздухом, направленным в зону горения.
2. Осадок смешивается с песком, вода испаряется, а органические вещества окисляются.
3. Доокисление протекает в газовой фазе в верхней части печи.
4. Смесь отходящих газов с золой-уносом очищаются на установках газоочистки. В процессе очистки удаляются твердые частицы, токсичные газы и другие продукты сжигания. Фракции золы улавливаются на электрофильтрах. Дымовые газы очищаются газоочисткой – мокрой, с использованием щелочных реагентов, или сухой, на рукавных фильтрах.

Дымовые газы используются для нагрева дутьевого воздуха, а также как генераторы энергии (пар, электроэнергия). Оставшиеся продукты сжигания (шлаки) выгружаются и передаются на дальнейшее использование. Шлак может использоваться в производстве тротуарной плитки (в смеси с цементом, при применении вибропрессования), для рекультивации, в дорожно-строительных работах.

В процессе сжигания органическая составляющая практически полностью уничтожается, что важно при невозможности почвенной утилизации осадка.

Сжигание осадка трансформирует органическую часть отхода в газообразную фазу — углекислый газ и водяные пары.

Объем сухого вещества сокращается в 4 раза, объем относительно обезвоженного отхода – в 15 раз. Зола от сжигания осадка относится к отходам IV класса опасности.

Сжигание сопровождается значительным электропотреблением и расходом реагентов. Если установка сжигания оборудована системой энергогенерации, вырабатываемая ею энергия покрывает не только собственный расход, но также дает возможность поставлять киловатты другим потребителям.

Большая часть печей для сжигания ОСВ работает в диапазоне температур от 850 до 950 °С. При более высоких температурах, 980 °С и выше, наступает вероятность плавления золы.

Способ относится к дорогостоящим — установки сжигания производятся немногими компаниями, что способствует формированию высоких цен. Методу присущи взрыво- и пожароопасность. Кроме того, заводы по сжиганию отходов традиционно становятся объектом протестов местного населения.

Пиролиз

Пиролиз – термическое разложение органического вещества без доступа кислорода.

При температуре до 700° С образуются:

• горючий газ ­– до 50%;
• полукокс – до 35%;
• жидкие органические вещества – до 15%.

Полукокс подвергается процессу газификации, превращаясь в горючий газ. Все эти вещества улетучиваются с газом. Окислы металлов остаются в камере газификации в виде чистого шлака.

Газификации и пиролизу подвергается только органическая часть осадка, поэтому выбросы в атмосферу содержат меньше загрязняющих веществ, как и при прямом сжигании.

Термохимическая деструкция осадка может проходить в замкнутых герметизированных устройствах, без доступа кислорода и выхода загрязняющих веществ в окружающую среду.

Преимущества метода:

1. В результате образуется парогазовая смесь, конденсат которой является энергоносителем в виде жидкого и газообразного топлива для получения энергии.
2. Углистый остаток (технический углерод) используется как товарный продукт.
3. При пиролизе, протекающем без кислорода, не образуются тяжелые металлы в связанной форме и диоксины.

Недостатки метода:

1. Осадок нуждается в предварительной обработке — гомогенизации, обезвоживании, а также сушке (сухая масса требует меньших энергозатрат от внешних источников).
2. Высокое энергопотребление, более низкий КПД преобразования электроэнергии в тепловую (по сравнению с биогазом).

Плазменная газификация

Термическая деструкция осадка проводится в высокотемпературной плазме, образующейся в плазмотроне как продукт воздействия электродуги на воздушный поток при температуре до 5000 ° С.

Плазмотрон (главный блок установки) создает плотную низкотемпературную плазму. Холодный газ продувается через зону горения стационарного разряда. Газ нагревается, ионизуется, трансформируется в плазму, вытекающей из зоны разряда плазменной струей.

Технология характеризуется уменьшением количества выброса вредных газов, получением конечного продукта в виде стеклованного шлака, безопасного для окружающей среды.

Применение в качестве удобрения

Наиболее распространенным видом конечной утилизации ОСВ является их внесение в почву в качестве высокогумусного удобрения.

При этом в почву может вноситься как необработанный осадок в жидком виде, так осадок и после обработки в виде обезвоженной, высушенной массы или продукта компостирования с различными добавками.

Часто осадок компостируется вместе с торфом.

Чтобы стало возможным использование осадка для внесения в почву по СанПиН 2.1.7.573-96, проводится его предварительное обезвреживание и обеззараживание следующими методами:

• термофильное сбраживание в метантенках;
• термосушка;
• облучение инфракрасными лучами в камере дегельминтизации;
• пастеризация при 70 °С в течение 20 минут;
• аэробная стабилизация с предварительным нагревом смеси сырого осадка с активным илом при 60-65 °С в течение двух часов.

Кроме того, применяется метод компостирования (в смеси с опилками, растительными отходами, соломой, торфом, другими водопоглощающими материалами) в течение 4-5 месяцев. При этом должно соблюдаться условие, чтобы 1-2 месяца этого периода приходились на теплое время года.

К внесению в почву становятся пригодными осадки, выдержанные на иловых площадках в течение периода, определенного климатическим районом:

• I и II – в течение 3 лет;
• III – не менее 2 лет;
• IV – не менее 1 года.

Технологический регламент использования ОСВ в качестве удобрения разрабатывается с учетом характеристик и гидрологического режима почв, концентрации в ОСВ и почве нормируемых загрязняющих веществ, удобряющих элементов (азота, фосфора, калия).

Схема получения из ОСВ органо-известковых удобрений:

1. Механическое обезвоживание.
2. Смешение с известью.
3. Выдержка в естественных условиях в течение нескольких месяцев.

Запрещено внесение удобрений из ОСВ:

• в почву – в водоохранных и заповедных зонах;
• поверхностно – на сенокосах и пастбищах, в лесах и лесопарках.

Использование ОСВ ограничивают два фактора — санитарно-эпидемиологический и санитарно-химический. Современные технологии обработки устраняют эпидемиологическую опасность.

Однако содержащиеся в осадках токсичные компоненты:

• кадмий;
• медь;
• никель;
• свинец;
• хром;
• цинк;
• ртуть;
• мышьяк;
• марганец,

а в некоторых случаях:

• молибден;
• селен;
• кобальт;
• стронций;
• бор;
• бериллий;
• барий,

препятствуют утилизации ОСВ в сельском хозяйстве и затрудняют их применение в качестве рекультивантов нарушенных земель.

Другие способы применения

К альтернативным вариантам активного вовлечения ОСВ в хозяйственный оборот относятся следующие сферы:

• дорожное строительство (производство органо-минерального порошка для асфальтобетонных смесей);
• строительство (производство утеплителя и керамического кирпича).

ОСВ может использоваться:

• в качестве сырья при получении биоугля путем гидротермальной карбонизации;
• для производства твердотопливных брикетов при смешивании осадка с твердыми отходами с получением твердотопливных брикетов.

Однако проблема содержания тяжелых металлов и других опасных примесей выступает лимитирующим фактором. При сжигании вредные вещества могут присутствовать в выбросах дымовых газов и содержаться в золе, образующейся при сжигании осадка.

Почвогрунты

Почвогрунт – материал, предназначенный для восстановления и улучшения физико-химических свойств почвы, с последующим повышением плодородия.

Осадок сточных вод может использоваться как основа для почвогрунтов (искусственных грунтов) – питательной смеси компонентов со свойствами, приближенными к природному плодородному грунту, содержащей в составе удобрительные макро- и микроэлементы, необходимые для роста и развития растений.

Осадок, который прошел обработку подсушиванием на иловых площадках, механическим обезвоживание или дополнительной выдержкой, смешивается с:

• неплодородным грунтом;
• глиной;
• песком;
• торфом;
• различными добавками, усиливающими плодородие.

Доля органики составляет до 30 %. Полученный состав пропускается через виброгрохот для сепарации и отделения крупных примесей.

Почвогрунты используются:

• для обогащения почв;
• в ландшафтном дизайне, при устройстве газонов и клумб, посадке деревьев и кустарников;
• в питомниках лесных и декоративных культур;
• как растительный слой при строительстве придорожного полотна и откосов;
• рекультивации нарушенных земель, карьеров, неорганизованных свалок, полигонов размещения ТКО и промышленных отходов;
• при благоустройстве территорий.

Технология приготовления почвогрунтов использует удобрительные свойства осадка, что позволяет сокращать объем минеральных удобрений со схожим составом.

Одновременно использование мелиоративных свойств ОСВ сокращает разработку торфа и плодородных естественных грунтов, при этом не отчуждаются территории для захоронения ОСВ.

Однако производство почвогрунтов из ОСВ не развивается из-за запретительной системы регулирования использования осадка как отхода IV класса опасности, требующей лицензирования деятельности. В результате предприятиям ЦСВ приходится передавать осадок на полигоны захоронения отходов.

Рекультиванты

Рекультивант (техногрунт, инертный материал) из ОСВ предназначается для:

• биологической и технической рекультивации карьерных выемок (горных выработок) и других нарушенных земель;
• использования в качестве изолирующего слоя на объектах захоронения отходов;
• применения в качестве материала для строительных работ, благоустройства территорий.

Техногрунты производят из ОСВ:

• песка из песколовок;
• осадка первичных отстойников;
• избыточного активного ила;
• осадка от водоподготовки и продуктов их переработки (компостов, почвогрунтов, золы от сжигания осадков), прошедших глубокое обезвоживание, стабилизацию и минерализацию органики, обеззараживание.

ОСВ должны соответствовать по составу и свойствам отходам IV, V классов опасности.

Для получения из осадков рекультивантов обработанный осадок может смешиваться с природным песком, неплодородным грунтом, металлургическим шлаком. Полученный продукт должен отвечать требованиям ГОСТ Р 54534-2011.

Не используются в качестве рекультивантов ОСВ поселений и близкие к ним по составу производственные стоки, соответствующие III классу опасности, отбросы с решеток механической очистки. Данная область применения позволяет не только утилизировать осадки, но и получить экономический эффект за счет рекультивации и возврата нарушенных земель в хозяйственный оборот.

Биотопливо

Из осадка можно получать биотопливо для получения тепло- и электроэнергии. Традиционные технологические схемы состоят из нескольких этапов.

1 вариант:

1. Механическое обезвоживание.
2. Термическая сушка.
3. Сжигание термически высушенного осадка с получением золы.

2 вариант:

1. Термофильное/мезофильное сбраживание с выделением биогаза.
2. Сжигание биогаза в когенерационных аппаратах для получения тепло- и электроэнергии.

Интересные видео

В видео ролике ниже рассказывается о юридических аспектах обращения с осадком сточных вод:

А в данном видео вы можете наглядно увидеть работу дегидратора для сушки ОСВ и что получается в результате:

Заключение

Осадки, осаждаемые в отстойниках и задерживаемые другими сооружениями, образуются в результате очистки и доочистки стоков. Характеристики осадков зависят от качества исходной воды, применяемых технологий отделения твердой фазы от жидкости, категории оборудования.

В статье проанализированы различные технологии обработки осадков, а также рациональные варианты их утилизации.