Обработка и утилизация осадков городских сточных вод

ОБРАБОТКА И УТИЛИЗАЦИЯ ОСАДКОВ 
ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД 
Учебник 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2019
27 

УДК 628.336.3 (075.8)  
ББК 38.761.204я73 
О-23 
Авторы: 
Э. П. Доскина, А. В. Москвичева, Е. В. Москвичева, А. А. Геращенко 
Рецензенты: 
К. С. Харин, канд. техн. наук, генеральный директор АО «Предприятие  
водопроводно-канализационного хозяйства Волгоградской области»; 
Д. Н. Лебедев, канд. техн. наук, руководитель производственного управления  
ООО «Концессии водоснабжения» (г. Волгоград); 
Л. В. Кудрявцев, канд. техн. наук, проф., проф. кафедры теплогазоснабжения  
и вентиляции Института архитектуры и строительства ВолгГТУ 
О-23 
Обработка   и   утилизация   осадков   городских   сточных   вод : учебник  / 
[Э. П. Доскина и др.]. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2019. - 220 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-0324-5 
Представлены основные методы обработки осадков, схемы установок и конструкции 
аппаратов для обработки, обезвреживания и утилизации осадков сточных вод. 
Приведены методики и примеры расчета основных сооружений по обработке осадков. 
Для студентов бакалавриата направления 08.03.01 «Строительство» (профиль 
подготовки 
«Водоснабжение 
и 
водоотведение») 
и 
магистратуры 
направления 
08.04.01 «Строительство» (профиль подготовки «Водоотведение и очистка сточных 
вод»). 
УДК 628.336.3 (075.8) 
ББК 38.761.204я73 
ISBN 978-5-9729-0324-5 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2019 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2019 
2 

 
ВВЕДЕНИЕ 
В процессе очистки сточных вод основная масса загрязнений выделяется  
в виде осадков, обработка которых является составной частью единого 
технологического процесса очистки воды и обработки осадков. Переработка  
и утилизация осадков сточных вод, а также своевременное удаление обработанных осадков с территории очистных сооружений является обязательным 
условием 
эффективной 
работы 
канализационных 
очистных 
сооружений  
и реализацией основных требований природоохранного законодательства. 
Накопление большого количества осадков на ограниченной территории приводит 
к негативному воздействию на окружающую среду, создает угрозу остановки 
работы сооружений и, соответственно, оказания услуг водоснабжения и водоотведения. 
Будущие специалисты в области водоснабжения и водоотведения должны 
обладать глубокими знаниями и способностью самостоятельно решать вопросы 
обработки и обезвреживания осадков сточных вод. 
Основное назначение учебника - помочь студентам, обучающимся по 
направлению 08.03.01 «Строительство» профиля подготовки «Водоснабжение  
и водоотведение» и по направлению 08.04.01 «Строительство» профиля 
подготовки «Водоотведение и очистка сточных вод», выработать навыки применения теории в решении конкретных задач и тем самым освоить методики 
расчетов основных сооружений, используемых для обработки осадков сточ- 
ных вод. 
Учебник содержит сведения о составе и свойствах осадков сточных вод, 
методах обработки, обеззараживания и обезвреживания осадков сточных вод, 
способах их утилизации, а также методики и примеры расчета основных 
сооружений, применяемых для обработки осадков сточных вод.  
 
3 
 

 
ГЛАВА 1.  
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ  
И УТИЛИЗАЦИИ ОСАДКОВ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД 
1.1. Классификация осадков 
Осадки выделяются в результате очистки бытовых, сельскохозяйственных  
и промышленных сточных вод. К осадкам относятся все примеси (нерастворенные 
и растворенные), задержанные, главным образом, первичными и вторичными 
отстойниками, флотационными, фильтрационными и другими сооружениями 
после механической, биологической и физико-химической очистки. Осадки 
бытовых сточных вод, по сравнению с производственными, по составу более 
однородны. 
Все примеси в осадках сточных вод делятся на органические и ми-неральные. Основным химическим элементом органических веществ является 
углерод; в них имеются также фосфор, сера, водород. В некоторых примесях 
содержится много бактериальных включений (бактерии, дрожжевые и плесневые 
грибки) и планктона. Минеральные примеси включают в себя частицы грунта, 
шлака, руды, металлов, масла и других веществ. 
В нерастворенных примесях бытовых сточных вод органические вещества 
составляют 75-80 , а минеральные - 25-30 . Размеры частиц взвешенных 
веществ колеблются от долей миллиметра до 0,1 мкм, а коллоидных - от 0,1  
до 0,001 мкм. 
Осадки производственных сточных вод по составу весьма разнообразны.  
В основном они состоят из остатков обрабатываемого сырья и реагентов, 
участвующих в технологических процессах. К загрязнениям этих стоков могут 
относиться токсичные и вредные соединения, такие как фенолы, синтетические 
поверхностно активные вещества, тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, 
хром и др.). 
4 
 

Основную массу осадков составляют примеси, задерживаемые в отстойниках, флотаторах, фильтрах. Примеси в зависимости от размеров частиц, их 
удельной массы и условий разделения осаждаются, всплывают на поверхность 
воды или остаются в воде во взвешенном состоянии. Таким образом, оседающие 
примеси составляют лишь часть взвешенных веществ. Для бытовых сточных вод 
оседающие нерастворенные примеси при 2-часовом отстаивании составляют  
в среднем 40 г сухих веществ на одного человека в сутки, что по отношению  
к общей массе взвешенных веществ (65 г) составляет 60 . 
Кроме нерастворенных взвешенных веществ, на очистной станции выделяются и задерживаются растворенные примеси, которые могут быть переведены 
в твердую фазу и удалены из сточных вод с помощью биологической и физикохимической очистки. 
В технической литературе нет общепринятой классификации осадков 
сточных вод, так же как и не установлена терминология для тех или иных 
примесей. Существуют разноречивые мнения о правильном понимании и употреблении слов: «осадки», «шлам», «ил», «осадки сырые» или «осадки свежие». 
Употребляются, в том числе, и такие термины, как «хвосты» (отходы стоков 
обогатительных фабрик), «скоп» (волокносодержащие осадки стоков целлюлознобумажной промышленности), «элюаты» (примеси, получаемые при ионообменной 
очистке промывных сточных вод гальванических производств), «дефекационная 
грязь», «дефекат», «фильтрационный осадок» (термины, применяемые к осадкам 
свеклосахарных заводов), и др. 
В зависимости от способа очистки, а также от фазово-дисперсного состояния примесей различают осадки первичные и вторичные. 
К первичным относятся грубодисперсные примеси I группы, которые 
находятся в твердой фазе и выделены из воды методами, относящимися  
к механической очистке (седиментация, фильтрация, флотация, осаждение  
в центробежном поле). Размер частиц этих примесей более 10-5 см. 
 
5 
 

К вторичным осадкам относятся примеси II, III и IV групп, находящихся  
в виде коллоидов, молекул, ионов, которые могут быть переведены в твердую 
фазу и удалены из сточной воды лишь в результате биологической и физикохимической очистки. Размер этих примесей 10-5-10-7 см. 
Вторичные осадки разделяются на примеси коллоидной и молекулярной 
дисперсности II и III групп, выделенные из сточной воды в твердую фазу  
в результате биологической очистки - активный ил, биопленка (размеры частиц 
этих примесей 10-5-10-6 см) и на примеси молекулярной и ионной дисперсности 
III и IV групп, выделенные из воды в твердую фазу в результате физикохимической очистки - шламы (размеры частиц этих примесей 10-6-10-7 см). 
Таким образом, к основным видам осадков сточных вод относятся первичные осадки, активный ил (биопленка) и шламы. Все они объединены общим 
термином «осадки». 
Наряду с терминологией осадков сточных вод в зависимости от методов 
очистки необходимо уточнить их классификацию с учетом способов их 
выделения и обработки (таблица 1.1) [3,4]. 
1.2. Состав и свойства осадков 
По физическому состоянию нерастворенные примеси делятся на взвешенные вещества с размерами частиц более десятых долей миллиметра, 
суспензии с размерами частиц от десятых долей миллиметра до 0,1 мкм и коллоидные - с размерами частиц от 0,1 до 0,001 мкм. Растворенные примеси в воде  
не образуют отдельной фазы и составляют истинный раствор. Практически 
нерастворенные примеси делятся на взвешенные вещества и коллоиды. 
Объясняется это тем, что часть суспензии выпадает вместе с взвешенными веществами, а часть ее извлекается с коллоидами путем адсорбции или коагуляции. 
Взвешенные вещества составляют основную массу осадков, задерживаемых первичными отстойниками. В зависимости от размеров отдельных 
частиц и их удельного веса эти вещества осаждаются на дно сооружения в виде 
6 
 

осадка, всплывают на поверхность воды или остаются во взвешенном состоянии. 
Таким образом, оседающие вещества, или осадки, являются лишь частью 
взвешенных веществ. 
 
Таблица 1.1 
Классификация осадков 
Классификация осадков 
Сооружения  
и оборудование, 
задерживающие осадки или 
обрабатывающие их 
Группа 
осадков 
или 
примесей 
1 
2 
3 
I 
Осадки грубые (отбросы) 
Решетки, сита 
II 
Осадки тяжелые 
Песколовки 
III 
Осадки плавающие 
Жироловки, отстойники 
IV 
Отстойники первичные, 
осветлители 
Осадки первичные, сырые,  
выделенные из сточной воды  
в результате механической  
очистки и не подвергнутые 
обработке 
V 
Отстойники вторичные, 
флотаторы 
Осадки вторичные, сырые, 
выделенные из сточной воды после 
биологической и физико-химической 
очистки 
VI 
Септики, двухъярусные 
отстойники, осветлители, 
перегниватели, метантенки, 
аэробные стабилизаторы 
Осадки сброженные,  
прошедшие обработку  
в анаэробных перегнивателях  
или осадки  
стабилизированные  
в аэробных стабилизаторах 
7 
 

Окончание таблицы 1.1 
Классификация осадков 
Группа 
осадков 
или 
примесей 
Сооружения  
и оборудование, 
задерживающие осадки или 
обрабатывающие их 
1 
2 
3 
VII 
Осадки уплотненные, подвергнутые 
сгущению до предела текучести  
(до влажности 90-85 ) 
Уплотнители:  
гравитационные, 
термогарвитационные, 
флотационные сепараторы, 
термофлотационные, 
центрифуги-уплотнители, 
площадка предельного 
уплотнения 
VIII 
Осадки обезвоженные, подвергнутые 
сгущению до влажности 80-40  
Иловые площадки, новые 
площадки:  
высокопроизводительные, 
вакуум-фильтры, центрифуги, 
фильтр-прессы, шнековые 
прессы и др. 
IX 
Осадки сухие, подвергнутые сушке  
до влажности 5-40  
Сушилки: барабанные, 
вальцовые, с кипящим слоем, 
со встречными струями, 
камерные, ленточные и др. 
 
Общее количество взвешенных веществ после подсушивания их при 
температуре, равной 105 ƒС (по сухому веществу) равно 65 г на человека в сут- 
ки; количество оседающих взвешенных веществ в первичных отстой- 
никах принимается 35-40 г на человека в сутки, в осветлителях - 45 г  
и в биокоагуляторах - 49, что составляет 54-75  от всех взвешенных веществ. 
Для хозяйственно-бытовых сточных вод с размельченным мусором 
взвешенные вещества дополнительно принимают в количестве 70 г сухого вещества на человека в сутки, из них 40 г способных к осаждению. Таким образом, 
8 
 

эти воды фактически дают двойное количество взвешенных веществ, задерживаемых отстойниками. 
Остальные взвешенные вещества, как и коллоидные и растворенные 
примеси, задерживаются другими сооружениями в результате химической  
и биологической очистки сточных вод. Эти примеси отличаются по составу  
и структуре от выделяемых осадков, поэтому точнее называть их «ил», «активный ил». 
Из нерастворенных примесей необходимо выделить тяжелые, главным 
образом минерального происхождения, задерживаемые песколовками, а также 
крупные нерастворенные примеси, или грубые отбросы, задерживаемые решетками. 
Осадки, или иловые массы, подверженные сбраживанию (перегниванию) 
в септиках, двухъярусных отстойниках или метантенках, составляют отдельную группу сброженных осадков, или сброженных илов. 
В дальнейшем, в целях упрощения терминологии, будем применять тер- 
мин «осадки», или «осадок», условно понимая под ним все грязевые примеси как 
нерастворенные, так и растворенные [4]. 
1.3. Общая характеристика осадков 
1.3.1.ʒ˓˖˄˞ˈ˒˓ˋˏˈ˔ˋ,ˋˎˋˑ˕˄˓ˑ˔˞,ˊ˃ˇˈ˓ˉˋ˅˃ˈˏ˞ˈ˓ˈ˛ˈ˕ˍ˃ˏˋ
Состав отбросов, задерживаемых решетками, весьма непостоянен. В основном это крупные взвешенные и плавающие примеси преимущественно 
органического происхождения; к ним относятся: кухонные отбросы, волокнистые 
вещества, бумага, дерево и т. п. 
Гранулометрический состав отбросов хозяйственно-бытовых сточных 
вод, задерживаемых решеткой с прозорами 16 мм, характеризуется размерами 
частиц более 10 мм, составляющими 93 ; остальные 7  имеют размеры 
менее 10 и даже 3 мм [5]. 
9 

По данным [2], влажность отбросов принимается 80 , а объемный вес - 
750 кг/м3. Задержанные отбросы часто подвергаются дроблению с последующим 
выпуском их в канал перед решеткой. Для переработки и использования эти 
отбросы могут направляться в метантенки, на пиролизные установки вместе  
с другими осадками или для получения компостного удобрения вместе  
с мусором. 
1.3.2.ʡˢˉˈˎ˞ˈ˒˓ˋˏˈ˔ˋ,ˋˎˋ˒˓ˋˏˈ˔ˋ,ˊ˃ˇˈ˓ˉˋ˅˃ˈˏ˞ˈ˒ˈ˔ˍˑˎˑ˅ˍ˃ˏˋ
Такие примеси содержат главным образом минеральные вещества (песок), 
благодаря чему они мало подвержены загниванию. В зависимости от условий 
эксплуатации очистных сооружений в этих примесях находится от 40 до 70  воды; объемный вес их при этом равен примерно 2-1,5 кг/м3. Будучи подсушенным 
и подготовленным, песок может с успехом применяться для планировки местности, устройства иловых площадок. 
Состав тяжелых примесей зависит от системы канализации, протяженности 
канализационной сети, ее гидравлического режима и условий эксплуатации. Часто 
бывает, что наиболее тяжелые частицы осаждаются в канале, не доходя 
до очистных сооружений; при этом образуются плотные отложения, к тому же 
закрепляющиеся волокнистыми отбросами. В таком состоянии эти отложения 
трудно поддаются размыву даже при повышенных скоростях течения воды  
в канале. 
Для характеристики тяжелых примесей представляет интерес механический состав отложений, взятых в одном из городских каналов московской канализации (табл. 1.2) [5]. 
По данным [2], количество задерживаемых тяжелых примесей на одного 
человека в сутки составляет 0,02 л, или 72 л в год, при влажности 60 . 
Попадание минеральных примесей в отстойники и другие сооружения 
затрудняет удаление и обработку основной массы осадков. Слипание органических примесей с минеральными резко увеличивает угол естественного 
откоса осадка, затрудняя сползание последнего к выпускным отверстиям,  
10