Обезвоживание осадков на иловых площадках для очистных станций средней и большой пропускной способности часто оказывается невозможным из-за отсутствия свободных земельных площадей для их устройства. Для больших городов с развитой инфраструктурой использование процессов естественной сушки осадков нерационально, как с экономической, так и природоохранных точек зрения. На сегодняшний момент механическое обезвоживание осадков на вакуум-фильтрах, фильтр-прессах и центрифугах является оптимальным методом их переработки [5, 6].

Осадки, образующиеся на очистных сооружениях, характеризуются весьма низкими показателями водоотдачи, что затрудняет применение интенсивных процессов для их обезвоживания. Для улучшения водоотдачи необходимо изменить структуру осадка таким образом, чтобы в результате укрупнения твердых частиц произошло количественное перераспределение форм связи воды в сторону увеличения содержания свободной воды за счет уменьшения доли связанной. Такое изменение структуры осадков позволяет добиваться более глубокого и быстрого их обезвоживания. Процессы подготовки осадков к обезвоживанию называют кондиционированием.

Методы кондиционирования подразделяются на реагентные и безреагентные. Первой стадией подготовки осадка к обезвоживанию является его промывка (рис. 5.1). Промывка применяется только для сброженных осадков. В результате промывки из сброженного осадка удаляются коллоидные частицы и мелкая взвесь. Для осадков, сброженных в разных режимах, параметры промывки различаются. Промывку производят очищенной сточной водой.

Количество промывной воды следует принимать, м³/м³:

• для сброженного сырого осадка- 1 - 1,5;

• для сброженной в мезофильных условиях смеси сырого осадка и избыточного активного ила -2-3;

• то же в термофильных условиях -3-4. Продолжительность промывки следует принимать 15-20 минут,

число резервуаров для промывки осадка не менее двух.

После промывки осадки направляются в уплотнители, где в течение 12-24 часов происходит уплотнение осадка. Иловая (сливная) вода, содержащая 1 - 1,5 г/л взвешенных веществ, и имеющая БПК₂₀ 600 - 900 мг/л, направляется в голову очистных сооружений.

Реагентные методы предполагают использование для обработки осадков неорганических реагентов (хлорное железо, сернокислое железо, известь) или органических высокомолекулярных соединений (полиэлектролитов). И те, и другие приводят к снижению удельного сопротивления фильтрации в результате агрегации коллоидных и мелких нерастворенных частиц.

Дозы реагентов, рекомендуемые для разных осадков и разных режимов стабилизации, различны.

Рис. 5.1 Схема кондиционирования сброженного осадка промывкой и уплотнением: I - метантенк; 2 - насосная станция; 3 - промывная камера;

4 - уплотнитель; 5 - уплотненный осадок на механическое обезвоживание;

6- подача сжатого воздуха; 7- подача промывной воды; 8 - подача фильтрата;

9 - выпуск иловой воды

Количество реагентов следует определять в расчете по FeCl₃ и СаО, при этом их дозы при вакуум-фильтровании надлежит принимать, % к массе сухого вещества осадка:

• для сброженного осадка первичных отстойников: Fe Cl₃ - 3-4; СаО-8-10;

• для сброженной промывной смеси осадка первичных отстойников
и избыточного активного ила: FeCl₃ - 4-6; СаО - 12-20;

• для сырого осадка первичных отстойников: FeCl₃ - 1,5-3; СаО - 6-10;

• для смеси осадка первичных отстойников и уплотненного избы­
точного активного ила: FeCl₃ - 3-5; СаО - 9-13;

• для уплотненного избыточного активного ила из аэротенков: FeCl₃-6-9; СаО- 17-25.

• При обезвоживании осадка на камерных фильтр-прессах доза извести принимается во всех случаях на 30% более.

• Несмотря на то, что промывка является эффективным приемом снижения удельного сопротивления сброженных осадков, для коагуляции промытого осадка требуются все же значительные дозы минеральных реагентов.

• На рис. 5.2 приведена схема подготовки осадка перед механическим обезвоживанием. Из уплотнителя промытый осадок влажностью 94 - 96% удаляется при помощи насосов. Перед подачей на вакуум-фильтр или фильтр-пресс осадок подвергается кондиционированию. В качестве реагентов обычно применяют хлорное железо или сернокислое окисное железо и известь в виде 10%-ного раствора. Средняя доза железа составляет 4 - 6% массы сухого вещества осадка, а извести - 10 - 15%. Частицы осадка объединяются хлопьями гидроксида железа в крупные агрегаты. В результате такой обработки удельное сопротивление осадка значительно снижается и осадок легче отдает воду. Реагенты вводятся непосредственно перед подачей осадка на механическое обезвоживание.

Рис. 5.2. Схема подготовки осадка перед механическим обезвоживанием:

1- метантенк; 2 - дробилка; 3 - подача воды; 4 - подача сжатого воздуха; 5 - промывка осадка; 6 - уплотнитель; 7 - плунжерные насосы; 8 - резервуар уплотненного осадка; 9 — подача коагулянта; 10 — отделение коагулирования;

11 - винтовые (шнековые) насосы; 12 - фильтр-пресс; 13 - транспортер обезвоженного осадка; 14 - смеситель коагулянта с осадком; 15 отвод фильтрата

Однако кондиционирование минеральными реагентами характеризуется рядом существенных недостатков, к которым относятся: большой массовый расход; высокая коррозионная активность; трудности с транспортировкой и хранением; внесение большого количества (до 40%) балластных веществ.

В МГП "Мосводоканал" были испытаны в лабораторных и пилотных условиях свыше 50 образцов анионо- и катионоактивных флокулянтов отечественных и зарубежных производителей. Наилучшие результаты были получены при применении катионоактивных флокулянтов фирм "Штокхау-зен", "Аллайд коллоидз" (обе Германия), "Магнифлок" (США) и "Кемира" (Финляндия). При дозах 3,5 - 4,5 кг/м сухого вещества осадка происходило интенсивное флокулообразование и выделение свободной воды.

Отечественные флокулянты катионного типа, такие как КФ, ВПК, КО, ППС, ВА-2, ОКФ недостаточно эффективны и используются не очень широко. На Курьяновской станции аэрации г. Москва отказались от использования минеральных реагентов и перешли на флокулянт, производимый в г. Перми (аналог "Праестол" фирмы "Штокхаузен"). Использование флокулянта позволило существенно облегчить процесс кондиционирования и обезвоживания осадка.

В последнее время для обезвоживания осадков находят применение барабанные вакуум-фильтры со сходящим полотном. Они выпускаются отечественной промышленностью и рядом зарубежных фирм. В этих фильтрах регенерация фильтровальной ткани производится непрерывно. Применение их особенно эффективно в тех случаях, когда осадки сточных вод по своей структуре способны быстро заиливать фильтровальную ткань, в частности сырые осадки из первичных отстойников.

Для обезвоживания осадков используют также барабанные фильтры со слоем вспомогательного вещества. Слой (0,2 - 1,0 мм) вспомогательного вещества обычно намывают на фильтровальную ткань. Тонкий слой вспомогательного вещества предотвращает загрязнение фильтровальной ткани осадком и обеспечивает условия полного удаления обезвоженного осадка и вспомогательного вещества с фильтровальной ткани, а также высокое качество фильтрата. При этом повышается производительность вакуум-фильтра за счет сокращения длительности фильтрования, снижаются затраты на фильтровальную ткань.

В качестве вспомогательного вещества рекомендуется каменноугольная зола с размером фракций 0,05 - 0,45 мм, перлит, диатомит. Такие фильтры значительно улучшают процесс фильтрования осадков сточных вод.

Следует отметить, что способ фильтрования труднофильтруемых суспензий через слой вспомогательного вещества весьма эффективен. Производительность такого вакуум-фильтра в 3 - 4 раза больше, чем при фильтровании через ткань. Продолжительность вспомогательных операций составляет 10% от продолжительности фильтрования. Этот метод довольно широко используется для фильтрования осадков промышленных предприятий.

Недостатками вакуум-фильтров являются сложность управления, низкая надежность, невозможность использования органических флокулянтов для кондиционирования осадка, громоздкость и загрязненность рабочей среды.

Кроме широко применяемых барабанных вакуум-фильтров, используются рамные фильтры (в основном для обезвоживания осадков производственных сточных вод).

Различают рамные, камерные, мембранно-камерные, ленточные, барабанные и винтовые (шнековые) фильтр-прессы.

Рамный фильтр-пресс имеет набор вертикально расположенных чередующихся плит и рам. Между поверхностями плит и рам проложена фильтровальная ткань. Сначала собирают комплект рам и плит, загружают камеры осадком и отжимают его. Затем рамы и плиты поочередно отодвигают и обезвоженный осадок сбрасывают в бункер. Выгрузка осадка из фильтра обычно производится вручную. В настоящее время эти фильтры практически не применяются.

Фильтр-прессы ФПАКМ (фильтр-пресс автоматизированный камерный модернизированный) находят довольно широкое распространение. Они выпускаются промышленностью серийно и имеют площадь поверхности фильтрования 2,5 - 50 м².

Фильтр состоит из нескольких фильтровальных плит и фильтрующей ткани, протянутой между ними с помощью направляющих роликов. Поддерживающие плиты связаны между собой вертикальными опорами, воспринимающими нагрузку от давления внутри фильтровальных плит. В натянутом состоянии ткань поддерживается с помощью гидравлических устройств.

Каждая фильтровальная плита (рис. 5.3) состоит из верхней и нижней частей. Нижняя часть перекрыта перфорированным листом, под которым находится камера приема фильтрата. На перфорированном листе находится фильтровальная ткань. Верхняя часть представляет собой раму, которая при сжатии плит образует камеру, куда подается осадок. В верхней части расположена эластичная водонепроницаемая диафрагма.

В камеру по коллектору подаются осадок и воздух (положение А). По каналам фильтрат и воздух отводятся в коллектор. Затем осадок отжимается диафрагмой, для чего в полость нагнетается вода под давлением (положение Б). После этого раздвигаются плиты (положение В), передвигается фильтровальная ткань и кек снимается с нее ножами, ткань промывается и очищается в камере регенерации ткани.

При необходимости перед подачей на фильтр-пресс в осадок вводятся химические реагенты - хлорное железо, известь, полиакриламид..

Наиболее эффективно обезвоживаются на камерных фильтр-прессах осадки производственных сточных вод минерального происхождения. Осадки городских сточных вод обезвоживаются хуже.

Рис. 5.3 Схема фильтр-пресса ФПАКМ: 1 - верхняя часть плиты;

2 - перфорированный лист; 3 - камера для приема фильтрата; 4 - нижняя часть плиты в виде рамы; 5 - камера для осадка; б - эластичная водонепроницаемая диафрагма; 7 — фильтровальная ткань; 8 и 10- каналы; 9- коллектор для подачи осадка; II - коллектор для отвода фильтрата и воздуха; 12 полость для воды

При фильтр-прессовании подачу осадка производят под давлением не менее 0,6 МПа; расход сжатого воздуха на просушку осадка - 0,2 м³/мин на 1м² фильтровальной поверхности; давление сжатого воздуха - 0,6МПа; расход промывной воды - 4л/мин на 1м² поверхности; давление промывной воды - 0,3МПа.