Способ переработки избыточного активного ила, содержащего тяжелые металлы

 

Изобретение относится к очистке сточных вод, в частности к обезвреживанию избыточного активного ила и стабилизированных осадков, образующихся при биологической очистке сточных вод промышленных предприятий и коммунально-бытовых хозяйств, и утилизации осадков в сельском хозяйстве. В активный ил и/или стабилизированный осадок первичных отстойников вводят 10-25 кг/м³ кальцийсодержащего материала и перемешивают аэрацией в течение 1-4 ч. После этого фазы разделяют методом отстаивания и выделяют тяжелые металлы из водной фазы. Кальцийсодержащий материал подают порциями в течение 30 мин от начала аэрации. После аэрации смесь подвергают обработке ультрафиолетовым излучением в течение 10-60 с. Технический эффект - сокращение затрат реагентов, обеспечение условий для последующей утилизации осадков в сельском хозяйстве в качестве удобрения. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к очистке сточных вод, в частности к обезвоживанию избыточного активного ила и стабилизированных осадков, образующихся при очистке сточных вод промышленных предприятий или смесей сточных вод промышленных предприятий с хозяйственно-бытовыми водами биологическим методом и утилизации осадков в сельском хозяйстве. Может быть использовано в химической, металлургической, целлюлозно-бумажной промышленности, а также в коммунальном хозяйстве. Сложность утилизации и переработки избыточных илов из вторичных отстойников и смесей илов и стабилизированных осадков первичных отстойников состоит в большом содержании тяжелых металлов, малой скорости выделения воды из осадков при высокой их влажности.

Наиболее распространенным методом обезвоживания осадков и илов является использование полиэлектролитов и коагулянтов, например, полиакриламида и хлорного железа. Согласно способу /авт. св. СССР 882957, бюл. 43, 23.11.1981 г. / в осадок вводят в качестве коагулянта соли железа в дозах 25-30 кг/м³, смесь нагревают до 65-85^oC, после чего вводят флокулянт - 0,1% и подвергают разделению. Предложенный способ требует больших затрат реагентов, энергии на подогрев, приводит к загрязнению осадка и фильтрата железом.

Предложен способ уплотнения осадка сточных вод /авт. св. СССР 1708779, бюл. 4, 30.01.1992 г./, заключающийся в предварительном введении вспомогательного вещества, в качестве которого используют кальцинированную соду в дозах 15-20 кг/м³ с нагревом осадка до 60-80^oС и последующим отстаиванием в течение 3-4 ч. К недостаткам способа относятся высокая щелочность фильтрата, необходимость нагрева, неизменность содержания тяжелых металлов в твердой фазе, что ограничивает его использование в сельском хозяйстве.

Предложено уплотнение избыточного активного ила с возможной его утилизацией путем введения калиево-кальциевого цеолита с размером частиц 0,15-0,25 мм в количестве 3-8 кг на м³ избыточного ила /авт. св. СССР 1165645, бюл. 25, 07.07.1985 г./. Метод позволяет за 3 ч отстаивания достигать объема осадка менее 40% от исходного объема ила. Вместе с тем введение цеолита приводит к росту содержания тяжелых металлов в сухом веществе ила в 1,3 раза, что ограничивает его использование в сельском хозяйстве. Нет сведений о возможности обезвоживания стабилизированных осадков сточных вод.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ переработки избыточного активного ила, содержащего тяжелые металлы /патент РФ 2133231, бюл. 20, 20.07.1999 г./, по которому избыточный активный ил смешивают с малорастворимыми солями кальция в виде природных материалов или отходов производства при соотношениях 5-15 частей на 100 частей ила, перемешивают в течение 3-6 ч при 6-30^oС, далее разделяют твердую и жидкую фазы методом отстаивания, и/или центрифугирования, и/или фильтрования. Тяжелые металлы, перешедшие в водную фазу, выделяют методами реагентного осаждения, или ионного обмена, или адсорбции. Недостатками способа являются: большое соотношение кальциевого материала к илу, недостаточное выделение воды из обработанных илов отстаиванием, малая применимость способа к переработке осадков первичных отстойников.

Техническим результатом изобретения является переработка избыточного активного ила, или стабилизированного осадка первичных отстойников, или их смесей без больших затрат реагентов, одновременное облагораживание осадков и илов по содержанию тяжелых металлов за счет перевода их в водную фазу, увеличение количества выделяемой воды из илов и осадков методом простого отстаивания.

Технический результат достигается тем, что в избыточный ил, или стабилизированный осадок первичных отстойников, или в их смесь предварительно вводят 10-25 кг/м³ малорастворимого кальциевого материала, смесь перемешивают аэрацией в течение 1-4 ч, а затем фазы разделяют отстаиванием. Из водной фазы тяжелые металлы выделяют реагентным осаждением, или ионным обменом, или адсорбцией. При необходимости ускорения отстаивания, особенно при работе с осадками или смесями осадков и илов, после аэрации смеси подвергают ультрафиолетовому облучению в течение 10-60 с или кальциевый материал перед аэрацией вводят порциями в течение 30 мин от начала аэрации.

При введении кальциевого материала, например, мела, гипса, фосфата кальция происходит иммобилизация микроорганизмов ила или осадка на твердых частицах, сопровождающаяся замещением тяжелых металлов в микроорганизмах на кальций, адсорбция микрочастиц осадков на частицах кальцийсодержащих материалов, укрупнение и уплотнение частиц, что приводит к интенсификации отстаивания. Перемешивание смесей аэрацией благоприятствует жизнедеятельности микроорганизмов и процессу замещения тяжелых металлов на кальций. Уменьшение дозы материала менее 10 кг/м³ приводит к снижению скорости отстаивания и степени выделения тяжелых металлов из ила или осадка, а дозы выше 25 кг/м³ экономически нецелесообразны. При аэрации менее 1 ч не обеспечивается требуемая степень выделения тяжелых металлов, а продолжительность аэрации свыше 4 ч не приводит к существенному повышению степени выделения металлов.

Увеличение количества выделяемой воды из осадков или илов биологических очистных сооружений происходит при дробном введении кальцийсодержащих материалов, т.е. при делении дозы материала на две и более частей с их подачей в начале процесса аэрации, затем через 15 или 30 мин. Такая подача материала создает лучшие условия для иммобилизации микроорганизмов и адсорбции тонкодисперсных частиц на кальциевом материале.

При оседании илов и осадков происходит хаотическое движение микроорганизмов, что приводит к неполному выпадению илов и осадков, уменьшению выделения воды. Обработка илов и осадков в смеси с кальцийсодержащим материалом ультрафиолетовым облучением обеспечивает ускоренное отстаивание и рост степени выделения воды, причем при продолжительности УФО менее 10 с должной степени выделения воды не достигается. Увеличение продолжительности УФО более 60 с приводит к глубокому разрушению микроорганизмов, что также не способствует ускорению оседания и полноте выделения воды. Без УФО при введении кальциевых материалов в указанных количествах и аэрации степень выделения воды /обезвоживания ила или осадка/ и скорость отстаивания значительно превышают аналогичные показатели процесса отстаивания /обезвоживания/ без введения материалов, но УФО позволяет достигать более высоких показателей, хотя и требует дополнительных затрат и оборудования.

В целом предлагаемое решение позволяет обеспечивать переработку избыточных активных илов, осадков из первичных отстойников биологических очистных сооружений, содержащих тяжелые металлы и утилизацию их в сельском хозяйстве. Предложенный прием обеспечивает увеличение количества выделяемой воды из осадков и илов при простом отстаивании, уменьшение влажности конечных осадков, т.е. уменьшение объема осадков и илов, направляемых на дальнейшую переработку.

Пример 1 /таблица: примеры 1-19/. B избыточный активный ил, или стабилизированный осадок первичных отстойников, или в смесь ила и осадка, содержащих повышенное количество тяжелых металлов, объемом 1 дм³ вводили 10 или 25 г кальциевых материалов /мела, гипса или фосфата кальция/, смесь аэрировали в течение 1-4 ч, затем подвергали отстаиванию. Параллельно проводили опыты без введения кальциевых материалов. Эффективность оценивали по остаточному содержанию тяжелых металлов в сухом веществе твердой фазы и объему выделившейся воды в процентах от объема исходной смеси через определенные промежутки времени после начала отстаивания. Результаты приведены в таблице.

Пример 20. В условиях проведения опытов 10-11 и 14-15 /таблица/ кальциевый материал вводили двумя порциями: сначала вносили половину от всей дозы, а вторую половину вносили через 30 мин от начала аэрации. После отстаивания в течение 4 ч в условиях, аналогичных опытам 10-11, объем выделившейся воде возрастал на 6-8%. В условиях, аналогичных опытам 14-15, при дробной подаче кальциевого материала и отстаивании в течение 2-4 ч объем выделенной воды возрастал на 8-4% по сравнению с опытами с единовременной подачей всего материала. Содержание тяжелых металлов в конечной твердой фазе было практически одинаковым с опытами 14-15.

Пример 21. Образцы илов или смесей осадков из первичных отстойников и илов после смешения с мелом и аэрирования в течение 2 ч подвергали ультрафиолетовой обработке в течение 10-60 с и затем отстаивали 2-4 ч. Плотность осадка после ультрафиолетовой обработки возрастала с 1,005 до 1,025-1,015 кг/дм³. Объем выделившейся воды увеличивался, а объем осадка уменьшался. В условиях опытов, аналогичных опытам 8-9 /таблица/, но с УФО смеси в течение 10 с через 2 ч отстаивания объем выделенной вода достигал 12%, а через 4 ч отстаивания уже 32%. При увеличении продолжительности УФО до 60 с объем выделенной воды достигал, соответственно, 35 и 46%. Увеличение продолжительности обработки с 60 до 90 с приводило к снижению объема выделенной воды, в аналогичных условиях, в данных опытах на 5-7%. В опытах, аналогичных опытам 14-15 /таблица/, но с ультрафиолетовой обработкой смеси в течение 10 с и отстаивании 2 ч объем выделенной воды достигал 35%, а за 4 ч отстаивания 48%. При увеличении продолжительности УФО до 60 с объем выделенной воды вырос, соответственно, до 48 и 64%. Опыты проведены при температурах 291-295 К и рH 5,6.

Предложенный способ переработки избыточного активного ила и стабилизированных осадков первичных отстойников биологических очистных сооружений, содержащих тяжелые металлы, позволяет облагораживать илы и осадки по содержанию тяжелых металлов, обеспечивать достаточно глубокое обезвоживание твердых фаз простым отстаиванием, существенно уменьшать объемы твердых фаз илов и осадков, подаваемых на последующие операции по конечному обезвоживанию осадков фильтрованием или центрифугированием. Это создает возможность экономичными методами обеспечить условия для последующей утилизации осадков в сельском хозяйстве в качестве органоминерального удобрения, отказаться от складирования их на шламовых полях, что исключит вторичное загрязнение окружающей природной среды.

Формула изобретения

1. Способ переработки осадков сточных вод, содержащих тяжелые металлы, включающий смешение их с малорастворимым кальцийсодержащим материалом, перемешивание, последующее разделение фаз методом отстаивания и выделение тяжелых металлов из водной фазы, отличающийся тем, что в активный ил и/или стабилизированный осадок первичных отстойников вводят 10-25 кг/м³ кальцийсодержащего материала, а перемешивание осуществляют аэрацией в течение 1-4 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кальцийсодержащий материал подают порциями в течение 30 мин от начала аэрации.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после аэрации смесь подвергают обработке ультрафиолетовым излучением в течение 10-60 с.

РИСУНКИ

Рисунок 1