Компостирование осадков сточных вод: расчеты, технология, применеие

В общей проблеме очистки сточных вод обработка осадков представляет собой сложный и окончательно не решенный вопрос. При размещении на иловых площадках осадок занимает большие площади и негативно воздействует на состояние окружающей среды.

Одним из путей решения проблемы загрязненных и деградированных городских почв, оздоровления городских экосистем и рекультивации техногенных и нарушенных почв является применение компостов на основе осадков сточных вод (ОСВ).

Услуги технического консалтинга

Компостирование биотермический процесс разложения органических веществ ОСВ, осуществляемый под действием аэробных микроорганизмов с целью обеззараживания, снижения влажности, стабилизации и подготовки осадков к утилизации в качестве удобрения. Аэробный процесс сопровождается выделением теплоты с саморазогреванием компостируемой массы и испарением влаги.

Комментарий Специалиста 3 категории Департамента технического консалтинга:

«Действительно, метод биотермического компостирования осадка сточных вод является эффективным и прогрессивным для снижения негативного воздействия очистных сооружений предприятия на окружающую среду и получения дополнительной прибыли. Данный метод позволяет получить инертный обезвреженный конечный продукт, характеризуется простотой технологической схемы и эксплуатации технологического оборудования, низкими энергозатратами, экологичностью, быстрой окупаемостью.

Применение метода биотермического компостирования целесообразено для очистных станций с небольшой производительностью. Процесс биотермического компостирования осадков сточных вод в смеси с раз- личными органическими наполнителями (торфом, опилками, соломой, сельскохозяйст- венными растительными отходами и т.п.) позволяет осуществить надежное обезврежи- вание отходов для последующей их утилизации.

Главным лимитирующим фактором при использовании осадка в качестве удобрения является содержание в нем тяжелых металлов. Поэтому осадки перед внесением в почву необходимо анализировать на содержание тяжелых металлов, а на участках, предназначенных для удобрения, проводить агрохимическое обследование почв по различным показателям. Результаты исследований и их обсуждение. Одним из основных требований эффективного экологически безопасного использования органических удобрений является организация контроля их качества. Основанием для применения органических удобрений является соответствие их характеристик требованиям нормативных документов СанПиН 2.1.7.573-96 «Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения», ГН 2.1.7.2041-06 «Предельно-допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве». СанПиН 2.1.7.1287-03 «Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы».

При компостировании примерно 50% массы отходов превращается в диоксид углерода и воду. Разложение органического вещества (сопровождается выделением теплоты) характеризуется обобщенными уравнениями:

Компостирование, с одной стороны, позволяет получить ценный продукт, а с другой – является процессом обработки, делающим осадки хозяйственно-бытовых и близких по составу производственных сточных вод безопасными для окружающей среды. В процессе биодеградации отходов органический субстрат претерпевает физические и химические превращения с образованием стабильного гумифицированного конечного продукта. Такие продукты быстро приходят в равновесие с экосистемой, в которую их внесли, и не вызывают серьезных нарушений в ней, как это бывает при внесении не переработанных отходов.

При использовании осадков сточных вод и компостов на их основе, в качестве удобрения или почвогрунтов в почвах увеличивается содержание органического вещества, азота, фосфора, других макро- и микроэлементов. Под действием осадков, как правило, снижается кислотность почв, увеличивается их влагоемкость, что особенно важно для почв легкого гранулометрического состава. Улучшаются тепловой, водный и воздушный режимы почв, возрастает их биологическая активность. Однако повышенное содержание тяжелых металлов в ОСВ вызывает необходимость проведения постоянного мониторинга и расчета допустимых доз внесения, а также с точки зрения содержания биогенных элементов, потенциально токсичных веществ.

Компостирование позволяет улучшить санитарно-гигиенические показатели вследствие гибели болезнетворных микроорганизмов, яиц гельминтов и личинок мух, а также по сравнению с термосушкой существенно сокращаются топливно-энергетические расходы на обеззараживание осадков. В процессе жизнедеятельности аэробных микроорганизмов происходит потребление и органических веществ, поэтому биотермический процесс наиболее эффективен при компостировании сырых несброженных осадков. Однако он применяется и в комбинации с анаэробным сбраживанием осадков в мезофильных условиях. В связи с тем, что процесс эффективен лишь при определенной влажности осадков, целесообразно компостированию подвергать осадки, механически обезвоженные или подсушенные на иловых площадках. Для создания пористой структуры, требуемой влажности и соотношения углерода к азоту компостирование осадков осуществляется с наполнителями, в качестве которых используются твердые бытовые отходы, торф, опилки, листва, ботва растений, солома, молотая кора и часть готового компоста. Оптимальные условия для осуществления процесса создаются при влажности смеси осадка с наполнителем 60 65%, отношении углерода к азоту 20 30:1 и рН ферментируемой массы 5,5 8,0 ед. Интенсивность процесса и качество получаемого компоста зависят от созданных условий для жизнедеятельности микроорганизмов, физико-химического состава смеси с наполнителем, условий аэрации, гомогенизации, теплообмена. При распаде 1 кг органического вещества выделяет в среднем 21 МДж теплоты. С учетом теплопотерь и нагревания материала на испарение 1 кг влаги в среднем расходуется 4 МДж. Таким образом, разложение 1 кг органического вещества позволяет удалить из осадка 5 кг влаги. Продолжительность процесса зависит от принятой технологии, оборудования, объема и состава осадка, климатических факторов, размера штабелей, количества подаваемого воздуха, периодичности перелопачивания и т.п.

Для компостирования механически обезвоженных или подсушенных на иловых площадках ОСВ применяют различные технологии и оборудование: в штабелях на площадках, траншеях с оборудованием для перемешивания, биобарабанах, ферментаторах и др.

Основные технологические операции процесса компостирования приведены на рис.1.

Рис.
Рисунок 1. Типовое сооружение компостирования осадка.

1 – закрытая площадка для хранения присадочного материала; 2 – площадка для погрузки готового компоста; 3 – площадка дозревания; 4 – площадка компостирования; 5 – площадка смешения осадка с присадочным материалом; 6 – кран

При применении указанных технологий продолжительность процесса компостирования осадков с наполнителями составляет от 10-12 сут. (механизированные методы) до 3-6 мес. (компостирование в штабелях).

Комментарий Специалиста 3 категории Департамента технического консалтинга:

«Метод компостирования заключается в смешении осадка с заранее приготовленным материалом, имеющим низкую влажность (около 40%), для уменьшения влажности смеси до 50-60%.

Дополнительное высушивание компоста продолжается до 30 суток. Осадки сточных вод имеют низкое отношение углерода к азоту, высокую влажность и плохо поддаются аэрации. Их необходимо смешивать с твердым материалом, сорбирующим влагу, который обеспечит дополнительный углерод и нужную для аэрации структуру смеси.

В качестве компонентов для приготовления компоста можно использовать древесные опилки, отходы растительного происхождения».

Процесс компостирования состоит из двух фаз:

Первая фаза продолжается в течении 1-3 недель и сопровождается интенсивным развитием микроорганизмов, температура осадка повышается до 50 80°С. При этом происходит обеззараживание осадка и сокращение его массы.

Вторая фаза – созревание компоста – более длительная. Она продолжается от двух недель до 3 – 6 месяцев и сопровождается развитием простейших и членистоногих организмов, понижением температуры до 40°С и ниже. Повышение температуры окружающего воздуха интенсифицирует процесс разложения органических веществ.

Готовый компост представляет собой сыпучий материал влажностью 40-50%, не имеющий запаха, содержащий макро- и микроэлементы, необходимые для роста и развития растений, полезную микрофлору и вещества, повышающие плодородие почв. Характеристика компоста представлена в табл. 1.

Таблица 1 - Характеристика готового компоста

Наименование	Ед. изм.	Показатели
Влажность	Массовая доля влаги, %	50-70
Органические вещества	Массовая доля питательных веществ, % сухого вещества	30-70
Общий азот (N)		1,5-4,0
Общий фосфор (P2O5)		1,5-3,5
Общий калий (K2O)		0,2-0,9

Компостирование канализационных осадков, как самостоятельно, так и совместно с другими отходами используется достаточно широко. Совместное компостирование оказывается предпочтительным потому, что в канализационных осадках содержится много азота, но относительно мало углерода; при аэробном компостировании на 1 часть азота должно приходиться 30 – 70 частей углерода, при анаэробном процессе это соотношение может быть меньше.

При добавлении компоста в почву, компост разрушается, выделяя основные питательные вещества для растений N, Р, К, микроэлементы. Клейкие вещества, а также мицелий грибов и актиномицетов способствуют агрегированию частиц почвы, органические компоненты компоста увеличивают его способность удерживать влагу. Эти факторы значительно повышают устойчивость почвы к ветровой и почвенной эрозии.

Выводы. Использование компостов в качестве удобрения дает существенные экологические преимущества, возвращая в почвы питательные вещества и сокращая использование химических удобрений. Гигиенические исследования осадков хозяйственно-бытовых и близких по составу городских и производственных сточных вод, а также полученного из них компоста подтвердили их санитарно-эпидемиологическую безопасность, высокую удобрительную ценность и позволили рекомендовать эти продукты для удобрения почв под лесопосадки, посадки декоративных кустарников, технические культуры, при соблюдении соответствующих агротехнических мероприятий.

Вернуться к разделу статей