Обезводняване на утайки от отпадни води

Процесът на пречистване на отпадните води включва няколко етапа, като един от най-важните, а същевременно и най-трудно изпълним, е обработката на получените утайки. Те представляват сериозен екологичен проблем поради тяхното бързо загниване, което създава опасност от замърсяване на въздуха, почвите и водите.

Подлагането на утайките на допълнителна обработка е именно с цел ограничаване на възможностите за замърсяване на околната среда и превръщане на органичните вещества, съдържащи се в утайките, в безопасни продукти. Процесът на обработка на утайките включва уплътняване, стабилизиране на органичната част, обезводняване, изсушаване, изгаряне и използване.

Характеристики на утайките
Поради различните източници на отпадни води утайките често се различават съществено по отношение на количество, състав и свойства. В зависимост от произхода си те съответно се подразделят на битови, промишлени, селскостопански и дъждовни. В процеса на обработка утайките се подразделят на пресни, първични, вторични и смесени. Като пресни се определят образувалите се утайки в пречиствателната станция преди подлагането им на допълнително обработване.

Първичните утайки са тези, получени при механичното пречистване на отпадните води, а като вторични се определят утайките, получени в процеса на биологично пречистване. Смесените утайки са резултат от съвместно утаяване на първичните и вторичните утайки. Основен проблем при обработката на утайките е тяхната висока влажност. Влажността на първичните утайки обикновено варира в границите  от 93 до 95%, а на активните утайки във вторичните утаители след биобасейните обикновено е около 99-99,5%.

Това налага предвиждането на мерки за тяхното обезводняване. Използват се различни методи, като изборът на конкретен се определя главно от гранулометричния състав на дисперсната фаза и от връзката на водата с частиците на твърдата фаза.

Водата в утайките
Обикновено водата, съдържаща се в утайките, се подразделя на свободна и свързана. Процентното съотношение на двете фази обикновено е: 60-65% е свободната вода, свързаната е от порядъка на 30-35%. Свободната вода се отделя лесно, тъй като тя не е свързана с твърдата фаза. За нейното уплътняване и обезводняване спокойно може да се разчита на естествените гравитационни сили.

Отделянето на свързаната вода обаче е значително по-трудно. За отделянето й е необходимо използването на специални методи като вакуумна филтрация, центрофугиране, обработване на утайките с филтър преси.

Основната цел на обезводняването на утайките е намаляване на обема им, с което се улеснява тяхното транспортиране и, съответно, оползотворяване, изгаряне или депониране. Обезводняването на утайките може да бъде при естествени условия в изсушителни полета и лагуни или чрез използването на механични методи. Механичните методи, от своя страна, често се подразделят на статични и динамични.

Към статичните методи обикновено се включват вакуумната и напорната филтрация посредством използването на различни видове вакуумфилтри, филтърпреси и ситоволентови преси. Динамичното обезводняване на утайките включва обезводняване посредством центрофуги, циклони и сита. Според специалисти ефектът от механичното обезводняване може да се повиши, ако утайките се подложат на предварителна обработка.

Обезводняване в естествени условия
Обезводняването на утайките в естествени условия обикновено е в изсушителни полета и лагуни. Изсушителните полета представляват подравнени земни участъци, обградени от страни със стени от стоманобетон или земни диги. Обезводняването на утайките обикновено протича в две фази – филтрация и отвеждане на водата и изпарение, като и двете фази започват едновременно.

В практиката се използват няколко конструктивни решения на изсушителни полата. Сред тях са полета с естествена основа. Те могат да бъдат със или без дренаж, но предпочитани са тези с дренаж. По-често срещани са полетата с изкуствена асфалтобетонна основа с дренаж. Те са предпочитано решение при наличието на високи подпочвени води, както когато не се допуска изпускането на дренажни води в почвата.

Други използвани решения са каскадните полета с утаяване и повърхностно отстраняване на утайките и полета-уплътнители. Полетата-уплътнители представляват правоъгълни резервоари с водонепропускливи дъна и околовръстни стени. Те са препоръчват при обезводняване на разслояващи се утайки, обезводняването на които в изсушителни полета често води до запушване на дренажните устройства.

При обезводняване на утайките в лагуни протичат три процеса – филтрация, уплътняване и изпарение. Самите лагуни представляват преградени естествени терени, необработваеми земи, изоставени кариери, а така също могат бъдат и изкуствено създадени земни басейни. Обикновено при наличието на подходящи условия този метод на обезводняване на утайките е предпочитан. 

Обезводняването на утайките при естествени условия е свързано със заемането на големи площи, а често е свързано и с отделянето на неприятни миризми. Това са основните причини в пречиствателните станции за отпадни води да се използва предимно механично обезводняване посредством филтруване или центрофугиране. Процесът филтруване обикновено включва използването на вакуумфилтри и филтър преси.

Вакуумфилтри и филтърпреси
Вакуумфилтрите са обезводнителни устройства с непрекъснато действие. Предлагат се основно в три разновидности – барабанни, дискови и лентови. Сред намиращите най-голямо приложение в практиката са барабанните вакуумфилтри. Тяхната конструкция включва хоризонтално разположен въртящ се барабан, който частично е потопен в утайките. Барабанът е с двойни стени – вътрешна и външна.

Вътрешната стена е плътна, докато външната е перфорирана и е обвита с филтърно платно. Обикновено вътрешната страна на барабана е разделена на отделни секции. Самият процес на обезводняване на утайките преминава през три фази – засмукване, обезводняване и отстраняване.

Друго често използвано съоръжение за механично обезводняване на утайките са филтърпресите. Те са широко използвани при обработката на промишлени утайки. Според специалисти много добър ефект се получава при използването на филтърпреси за обезводняване на шлам с минерален произход. След обработката получените утайки са с високо съдържание на сухо вещество и значително редуциран обем.

В практиката се използват различни конструкции филтърпреси – рамкови, камерин, лентови, винтови. Общ елемент за всички тях е филтърното платно. Едни от най-често използваните в практиката са камерните филтърпреси, като все по-широко приложение намират и лентовите.

Като основни предимства на филтърпресите обикновено се посочват: висока степен на сухо вещество на обезводнения кек; ниски експлоатационни разходи; нисък разход на реагенти; удобство при монтаж и експлоатация; дълъг експлоатационен срок.

Обезводняване на утайките чрез центрофугиране
Този метод за обезводняване на утайките се основава на действието на центробежна сила, получена вследствие от въртенето на ротора на центрофугата. Методът се счита за много подходящ при обезводняването на тежки утайки.

Основно центрофугите се подразделят на филтруващи и утаителни, като в практиката към момента се използват основно утаителни. Като критерии за класификация на центрофугите се използват още оста на въртене на ротора, режимът на работа и други. Една от най-често прилаганите в практиката конструкции е хоризонтална центрофуга с непрекъснато действие.

При обработването с центрофуги влажността на обезводнените утайки обикновено варира в границите на 65-75%. За постигането на по-добри резултати се препоръчва прилагането на минерални реагенти и флокуланти – катоден тип. При използването на центрофуги за обезводняване инсталацията може да бъде напълно автоматизирана.

Независимо от използваните съоръжения за обезводняване на утайките, с оглед на повишаване на ефекта от механичното обезводняване, специалистите препоръчват утайките да се подлагат на предварителна обработка (кондициониране). Под това понятие се разбират всички мероприятия, които подобряват уплътнителните и обезводнителните свойства на утайките, като се изменя тяхната структура и формата на свързването им с водата. То се извършва чрез химична коагулация, термична обработка (автокланиране или замразяване), добавяне на структуроизменящи материали (присадка) и промиване.