Обезвоживание ила

ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ИЛА

Сегодня процесс очистки воды является широко известным и осуществляется в соответ­ствии с принятыми практическими нормами.

После обработки ила возникает новая задача для водоочистки, а именно – сокраще­ние его объема. В настоящем издании “Обезвоживание ила” приведены основные параметры, которых следует придерживаться для того, чтобы оптимизировать подготовку ила с применени­ем органических полимеров, производимых компанией SNF Floerger.

1 Характеристика илов

Существуют разные типы ила, каждый из которых имеет свои специфические характеристики, которые влияют на:

- Выбор подготовки (катионный флокулянт, известь, FeCl₃ и т.д.).

- Выбор метода обезвоживания (фильтрация, центрифугирование и т.д.).

Этот выбор, в свою очередь, зависит от дальнейшего использования ила (сжигание, разбрасывание и т.д.)

1. 1. Происхождение илов

На разных этапах очистки воды продукты, содержащиеся в загрязнениях, извлекаются, а

очищенная вода поступает в природную среду.

Среди продуктов, извлекаемых из загрязнений, следует различать:

- Вещества, состоящие из частиц, которые осаждаются в процессе прямой декантации или извлекаются физико-химическим методом.

- Избыточные микроорганизмы, образующиеся в результате превращения растворенных органических веществ.

- Минеральные вещества, не разлагающиеся биологически.

Все эти продукты собираются в более или менее концентрированные суспензии, которые

называются илом.

1. 2. Разные типы илов
      1. Первичный ил:

Этот ил образуется в процессе декантации и поэтому состоит из частиц вещества, осаждающихся при прямой декантации – частиц большого размера и большой плотности. При небольшом процентном содержании (55-65 %) взвешенных летучих веществ (ВЛВ) они обладают превосходной подверженностью обезвоживанию (обезвоживаемостью). Кроме того, их концентрацию легко повысить путем статического сгущения – этапа, предшествующего обезвоживанию. Напротив, этот тип ила отличается высокой подверженностью ферментации.

1. 1. 2. Биологический ил:

Биологический ил образуется при биологической очистке воды. Он состоит из смеси микроорганизмов. Эти микроорганизмы (в основном бактерии) в результате синтеза экзополимеров собираются в бактериальные коагулянты. Последние легко отделяются от очищаемой воды путем простой декантации на уровне осветлителя. На обезвоживание направляется только часть ила (избыток биологического ила), в то время как другая его часть используется для поддержания популяции бактерий в биологическом реакторе.

Для упрощения мы не будем делать различия между биологическим илом с точки зрения его качества (продолжительная аэрация, слабый заряд, сильный заряд и т.д.). Биологический ил имеет следующие характеристики:

- Высокое процентное содержание взвешенных летучих веществ (ВЛВ): от 70 до 80 %.

- Низкая концентрация сухого вещества: от 7 до 10 г/л. Часто осуществляется дополнительное динамическое сгущение методом флотации или на обезвоживающем столе.

- Способность к обезвоживанию: от средней до приемлемой. Такая способность к обезвоживанию частично зависит от ВЛВ: чем больше ВЛВ, тем труднее извлекать воду из ила.

1. 1. 3. Смешанный ил

Смешанный ил образуется из смеси первичного и биологического ила. Соотношение в этой смеси часто находится в следующих пределах:

- От 35 до 45 % - первичный ил.

- От 65 до 55 % - биологический ил.

Такая смесь позволяет улучшить способность к обезвоживанию биологического ила.

Характеристики смесей являются средними между характеристиками первичного и биологического ила.

1. 1. 4. Зрелый ил:

Зрелый ил появляется на этапе биологической стабилизации, называемом “вызреванием”.

Стабилизация биологического или смешанного ила осуществляется при разных температурах (мезофильная или термофильная) и в анаэробной или аэробной среде.

После стабилизации ил приобретает следующие характеристики:

- Более низкоепроцентное содержание взвешенных летучих веществ (ВЛВ): порядка 50%.

Во время вызревания происходит минерализация ила.

- Постоянная концентрация сухого вещества: порядка 20-30 г/л.

- Хорошая способность к обезвоживанию.

1. 1. 5. Физико-химический ил:

Этот ил возникает при физико-химической обработке воды (см. проспект "Методы физико-химической очистки"). Поэтому он состоит из хлопьев, образовавшихся при химической подготовке воды (коагулянтом и/или флокулянтом).

Характеристики такого ила напрямую зависят от используемых реактивов (минерального или органического коагулянта) и загрязнителей, содержащихся в очищаемой воде.

1. 1. 6. Минеральный ил:

Источником этого ила являются предприятия горной промышленности, например, карьеры и шахты. Он состоит, главным образом, из частиц минерального происхождения разных размеров. Такой ил отличается превосходной способностью к гравитационному сгущению. Обычно его концентрация превышает 60 г/л.

1. 3.  Параметры ила, влияющие на обезвоживание

На показатели обезвоживания влияют несколько параметров, характеризующих ил.

К этим параметрам относятся:

1.3.1. Концентрация (г/л):

Концентрация ила (количество сухого вещества) будет влиять на:

- Смешивание с флокулянтом: Смешивание с флокулянтом чем выше концентрация ила, тем он хуже смешивается с вязким раствором флокулянта (даже при низкой концентрации последнего). Эта проблема может быть решена следующими способами: дополнительным разбавлением раствора флокулянта, смещением места инжекции к началу и увеличением количества мест инжекции.

- Регулирование потребления реактива: Регулирование потребления реактива чем выше концентрация ила, тем меньше потребление. Это условие определяет правильность присоединения флокулянта.

1.3.2. Процентное содержание органических веществ (%):

Процентное содержание органических веществ (ОВ) может рассматриваться по аналогии с процентным содержанием взвешенных летучих веществ (ВЛВ).

Чем выше ВЛВ, тем труднее будет проходить этап обезвоживания: недостаточная сухость, слабая механическая прочность и повышенное потребление флокулянта. Для илов с высоким содержанием ВЛВ рекомендуется осуществить их сгущение, что позволит улучшить показатели этапа обезвоживания.

1.3.3. Коллоидное состояние ила:

Оно оказывает значительное влияние на показатели, достигаемые при обезвоживании.

Чем более коллоидным является ил, тем труднее его обезвоживать. Чем более коллоидным является ил, тем труднее его обезвоживать.

Степень коллоидности ила определяется следующими четырьмя факторами:

- Происхождение ила.

Первичный ил > Зрелый первичный ил > Свежий смешанный ил > Зрелый смешанный ил > Биологический ил

Слабая степень коллоидности >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> Очень высокая степень коллоидности

- Свежесть ила. Чем более ферментированным является ил, тем выше степень его коллоидности.

- Происхождение сточных вод. Коллоидность ила выше в стоках сельскохозяйственного происхождения.

- Возвраты в начало. Плохо регулируемая рециркуляция повышает степень коллоидности ила.

2 Общие сведения о реактивах, используемых при обезвоживании

Для улучшения дальнейшей обработки перед этапом сгущения или обезвоживания обычно производится подготовка илов. При этом используются два типа реактивов:

- Минеральные реактивы (соли железа и известь), которые применяются, главным образом, на тарельчатых фильтрах.

- Органические реактивы (коагулянт и флокулянт). Из органических коагулянтов и флокулянтов чаще всего применяются катионные флокулянты.

2.1 Минеральные реактивы

2.1.1 Соли железа:

Для подготовки илов перед их поступлением на тарельчатый фильтр используются, главным образом, хлорид железа и хлорсульфат железа в сочетании с известью.

Они позволяют улучшить фильтруемость ила в результате коагуляции коллоидов (уменьшение связанной воды) и микрофлокуляции, обусловленной переходом в осадок (гидроксиды).

Доза солей железа составляет от 3 до 15 % по отношению к сухому веществу в зависимости от качества илов.

Все более заметна тенденция к сочетанию солей железа с органическим флокулянтом (как правило, катионным) для ограничения производства ила (по сравнению с подготовкой при помощи извести и солей железа).

2.1.2. Известь:

Известь в качестве реактива для подготовки ила применяется исключительно на тарельчатых фильтрах и в сочетании с хлоридом железа. Она повышает плотность заряда, обусловленного минеральной составляющей, и, тем самым, улучшает удельное сопротивление илов.

Доза извести составляет порядка 15-40 % от сухого вещества.

Примечание:

- Известь также используется для стабилизации илов после этапа обезвоживания.

- Удельное сопротивление (r) зависит от размеров, формы и степени агломерации твердых частиц, образующих лепешку ила при фильтрации на фильтр-прессе. Оно не зависит от концентрации илов.

2.2 Органические реактивы

Большинство органических реактивов, используемых при обезвоживании илов, представляет собой катионные флокулянты. Характеристики и действие этих флокулянтов подробно описаны в брошюре “Приготовление органических полимеров”.

2.2.1. Базовый принцип флокуляции:

Флокуляция ила – это этап, на котором дестабилизированные частицы, образующие ил, собираются в агрегаты, называемые хлопьями.

Флокулянты, имеющие очень высокий молекулярный вес (длинная мономерная цепь) и разный процентный состав зарядов, фиксируют дестабилизированные частицы и собирают их на своей цепи. В результате этого на этапе флокуляции происходит увеличение размеров частиц, присутствующих в водной фазе, с образованием хлопьев.

Образование хлопьев вызывает выслаивание воды. После этого вода легко удаляется в процессе обезвоживания.

Дестабилизированные частицы имеют различное происхождение, которое зависит, главным образом, от происхождения обрабатываемого ила.

Заряд, вносимый флокулянтом, должен выбираться в зависимости от типа дестабилизированных частиц, присутствующих в иле, то есть от типа ила (биологический, зрелый, физико-химический, минеральный и т.д. – см. пункт 1).

Вносимый заряд часто бывает:

- От средне анионного до слабо анионного – в минеральном иле.

- От слабо анионного до слабо катионного – в физико-химическом иле.

- Слабо катионным – в зрелом или первичном иле.

- Средне катионным – в смешанном иле.

- Сильно катионным – в биологическом иле.

2.2.2. Параметры органических реактивов, влияющие на обезвоживание:

Органические флокулянты характеризуются пятью основными параметрами:

- Типом заряда

- Плотностью заряда

- Молекулярным весом

- Молекулярной структурой

- Типом мономера

Эти параметры влияют на качество флокуляции и, следовательно, на качество этапа обезвоживания.

а. Тип заряда (+ или -­):

Тип заряда флокулянта выбирается в зависимости от типа частиц, при этом обычно:

- Анионный флокулянт (-) используется для улавливания минеральных частиц.

- Катионный флокулянт (+) используется для улавливания органических частиц.

Разумеется, только лабораторное испытание позволит выбрать тип подходящего заряда.

б. Плотность заряда:

Эта величина отражает процент положительного или отрицательного заряда, позволяющий достичь оптимальной флокуляции при минимальной дозе. Плотность заряда зависит от типа подготавливаемого ила.

В иле из городских стоков плотность заряда зависит, главным образом, от процентного содержания присутствующих в иле органических веществ (ОВ). Процентное содержание органических веществ, как правило, соответствует проценту взвешенных летучих веществ (ВЛВ) в иле.

Чем больше процент ВЛВ, тем выше должна быть плотность катионного заряда, вносимого в ил.

в. Молекулярный вес (МВ):

Молекулярный вес, то есть длина цепи флокулянта, зависит от оборудования, используемого на этапе обезвоживания.

При центрифугировании более подходит МВ от высокого до очень высокого, учитывая силы сдвига, действующие на хлопья.

При фильтрации для надлежащего отделения воды достаточно МВ от низкого до среднего.

г. Молекулярная структура:

Молекулярная структура флокулянта выбирается в зависимости от того, какие показатели необходимо получить в процессе обезвоживания.

Возможны следующие структуры катионных флокулянтов:

- Линейные – их основными характеристиками являются небольшие дозы и хорошие показатели, если правильно выбран молекулярный вес.

- Разветвленные – их основными характеристиками являются средние дозы и превосходные показатели скорости отделения воды.

- Сетчатые – они характеризуются увеличенными дозами исключительными показателями в части отделения воды и устойчивости к напряжению сдвига.

д. Тип мономера:

 Также имеет значение тип мономера, используемого для синтеза флокулянтов.

 Обычно используется два катионных мономера:

- ADAM хлорметилированный

- APTAC – нечувствительный к гидролизу катионных зарядов, иногда лучше реагирующий на илы, образующиеся в целлюлозно-бумажной промышленности при удалении печатной краски.

В качестве анионного полимера чаще всего используется акрилат натрия.

3 Динамическое сгущение

Динамическое сгущение илов осуществляется не систематически. Если оно предусмотрено, то предшествует этапу обезвоживания. Оно применяется в двух случаях:

- Перед этапом обезвоживания – для увеличения количества сухого вещества и облегчения этапа обезвоживания (уменьшение количества оборудования, сокращение расходных материалов и т.д.)

- Перед разливанием удобрений – для уменьшения объемов, а, следовательно, количества цистерн с удобрением. Для осуществления динамического сгущения илов используется четыре типа оборудования: флотационная установка, обезвоживающий стол, обезвоживающий барабан и центробежный декантатор.