Διερεύνηση Τεχνικών για την απόρριψη της λάσπης
Η διάθεση της ιλύος αποτελεί σημαντικό μέρος των συστημάτων επεξεργασίας λυμάτων και το κόστος της αντιπροσωπεύει περισσότερο από το ήμισυ του συνολικού κόστους επεξεργασίας λυμάτων. Η διάθεση και η διαχείριση της ιλύος είναι επομένως σημαντικές προκλήσεις στην παγκόσμια βιομηχανία νερού.
Η αφυδάτωση της λάσπης είναι μια βασική διαδικασία στη διάθεση της ιλύος και είναι σημαντική για την αποτελεσματική μείωση του τελικού κόστους επεξεργασίας. Η κροκίδωση/πήξη, μια σχετικά ώριμη, οικονομικά αποδοτική, φιλική προς το χρήστη τεχνολογία αφυδάτωσης ιλύος, είναι μια από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες προσεγγίσεις προετοιμασίας ιλύος. Οι επιπτώσεις έχουν επηρεαστεί από διάφορους περιβαλλοντικούς παράγοντες. Επιπλέον, ο συνδυασμός με άλλες προεπεξεργασίες είναι σημαντικός για τη βελτίωση των ιδιοτήτων αφυδάτωσης της πήξης/κροκίδωσης.
Τι είναι η αφυδάτωση λάσπης και λάσπης;
Η ιλύς είναι το προϊόν της επεξεργασίας λυμάτων και η συνολική περιεκτικότητα σε στερεά σε αυτήν είναι γενικά κάτω από 8% πριν από την επεξεργασία. Τα συστατικά της λάσπης είναι πολύ περίπλοκα και μπορούν να χωριστούν σε νερό και σε διάφορους τύπους στερεών. Όσον αφορά το υπάρχον νερό στη λάσπη, μια σαφής ταξινόμηση, η οποία γενικά περιλαμβάνει το ελεύθερο νερό, το διάμεσο νερό, το επιφανειακό νερό και το νερό ενυδάτωσης (ή το εσωτερικό) ανάλογα με το βαθμό δυσκολίας απομάκρυνσης, είναι απαραίτητη για τη μελέτη της αφυδάτωσης.
Διαφορετικές πηγές ιλύος περιέχουν ανόμοια στερεά συστατικά και η ενεργοποιημένη ιλύς που παράγεται κατά την επεξεργασία λυμάτων με τη χρήση της βιολογικής μεθόδου μπορεί να χωριστεί σε πέντε κλάσματα:υπερκείμενο, λάσπη, χαλαρά συνδεδεμένες εξωκυτταρικές πολυμερείς ουσίες (EPS), στενά συνδεδεμένες EPS και pellet. Η ύπαρξη EPS σε απόβλητα ενεργοποιημένης ιλύος θεωρείται ως η κύρια αιτία της δυσκολίας στην αποτελεσματική αφυδάτωση της ιλύος. Όσον αφορά τόσο το νερό όσο και τα στερεά στη λάσπη, τα κριτήρια πιστοποίησής τους πρέπει να ενοποιηθούν και να τυποποιηθούν.
Η διαδικασία της αφυδάτωσης της λάσπης σχετίζεται στενά με το σχηματισμό κέικ λάσπης που σχηματίζεται από τη συσσώρευση κροκίδων με διαφορετικό μέγεθος, συμπαγή και επιφανειακά χαρακτηριστικά. Η αφυδάτωση της λάσπης με αποστράγγιση και απώθηση νερού περιλαμβάνει δύο διαδικασίες:σχηματισμό κέικ λάσπης και επακόλουθη συμπίεση του κέικ λάσπης. Επομένως, η διαπερατότητα και η συμπιεστότητα είναι σημαντικές για την απόδοση της αφυδάτωσης και πολλές μελέτες έχουν χαρακτηρίσει τη συμπιεστότητα και τα χαρακτηριστικά έκφρασης μέσω πειραματικών αξιολογήσεων.
Πήξη/ κροκίδωση και η εφαρμογή τους στην αφυδάτωση της λάσπης
Η πήξη/ κροκίδωση είναι μια από τις πιο κοινά εφαρμοσμένες τεχνικές για την επίτευξη αποτελεσματικού διαχωρισμού στερεού-υγρού στην επεξεργασία νερού. Στη διαδικασία της πήξης, τα μικρά αιωρούμενα κολλοειδή στο νερό αποσταθεροποιούνται μετά τη μείωση των επιφανειακών φορτίων τους με την προσθήκη πηκτικών με αντίθετο φορτίο. Στη συνέχεια, τα αποσταθεροποιημένα σωματίδια συσσωματώνονται και κατακάθονται. Για να επιταχυνθεί περαιτέρω η συσσώρευση σωματιδίων και να βελτιωθεί η απόδοση καθίζησης, τα πολυμερή κροκιδωτικά με εύκαμπτη διαμόρφωση μακράς αλυσίδας τροφοδοτούνται μερικές φορές μετά την πήξη ως πηκτικά βοηθήματα. Αυτά τα πολυμερή κροκιδωτικά λειτουργούν ως γέφυρες που προσροφούν και συνδέουν διάφορα κολλοειδή σωματίδια στο νερό για να σχηματίσουν μεγάλες κροκίδες που μπορούν να αφαιρεθούν αποτελεσματικά με καθίζηση. Η τελευταία διαδικασία ονομάζεται κροκίδωση. Η τεχνολογία πήξης/κροκίδωσης χρησιμοποιείται ευρέως σε πολλούς βιομηχανικούς τομείς, συμπεριλαμβανομένης της εξόρυξης, της εξόρυξης λαδιού και της παραγωγής χαρτιού, εκτός από την επεξεργασία του νερού.
Τα θρομβωτικά / κροκιδωτικά είναι το κλειδί στην πήξη / κροκίδωση, τα οποία περιλαμβάνουν πηκτικά ανόργανων αλάτων, οργανικά συνθετικά πολυμερή κροκιδωτικά, φυσικά πολυμερή κροκιδωτικά και βιοκροκκωτικά. Τα ανόργανα πηκτικά και τα συνθετικά πολυμερή κροκιδωτικά είναι τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα βελτιωτικά αφυδάτωσης και περιλαμβάνουν κυρίως άλατα αλουμινίου και σιδήρου και παράγωγα πολυακρυλαμιδίου (PAM), αντίστοιχα. Ωστόσο, οι εφαρμογές τους περιορίζονται από τα μειονεκτήματα:τα ανόργανα πηκτικά είναι συνήθως σε υψηλή δόση, ευαίσθητα στο pH του συστήματος και έχουν υπολειμματικά μεταλλικά ιόντα, ενώ τα συνθετικά πολυμερή κροκιδωτικά, κυρίως παράγωγα PAM, είναι δαπανηρά και μπορεί να οδηγήσουν σε δευτερογενή ρύπανση και κινδύνους για την υγεία. Τα βιοκρυφώματα απαιτούν σχετικά μεγάλο χρόνο διατήρησης. Τέλος, τα φυσικά πολυμερή έχουν προσελκύσει αυξανόμενη προσοχή λόγω των πολλών πλεονεκτημάτων τους, όπως η φιλικότητα προς το περιβάλλον, η ευρεία διαθεσιμότητα, η βιοαποδομησιμότητα και τα εξέχοντα δομικά χαρακτηριστικά, αλλά οι πρακτικές τους εφαρμογές εξακολουθούν να λείπουν και χρειάζονται περαιτέρω διερεύνηση.
Άλλες προεπεξεργασίες με πήξη/κροκίδωση στην αφυδάτωση ιλύος
Άλλες προεπεξεργασίες που χρησιμοποιούνται συνήθως, όπως η προσθήκη σκελετών, η επεξεργασία με μικροκύματα, η επεξεργασία με υπερήχους, η επεξεργασία με οξύ/αλκάλιο, η επεξεργασία οξείδωσης και η ενζυματική επεξεργασία, χωρίζονται σε φυσικές και χημικές μεθόδους προετοιμασίας. Μετά την προεπεξεργασία με αυτές τις μεθόδους, η απελευθέρωση δεσμευμένου νερού και η υποβάθμιση της δομής του EPS συμβαίνουν ταυτόχρονα. Στη συνέχεια, τα θρομβωτικά/κροκιδωτικά μπορούν να αξιοποιήσουν με τον καλύτερο τρόπο τη λειτουργικότητά τους μέσω της εξουδετέρωσης φορτίου και του φαινομένου γεφύρωσης. Επομένως, αυτές οι προεπεξεργασίες σε συνδυασμό με πήξη/κροκίδωση θα μπορούσαν να βελτιώσουν αποτελεσματικά τις ιδιότητες αφυδάτωσης.
Προοπτικές
Ωστόσο, η πρακτική λειτουργία δείχνει ότι η τρέχουσα απόδοση αφυδάτωσης για την ενεργοποιημένη ιλύ από απόβλητα εξακολουθεί να είναι σχετικά χαμηλή. Η μεγάλη ποσότητα EPS, η υψηλή ενεργειακή ζήτηση για αποστράγγιση δεσμευμένου νερού και η ισχυρή συμπιεστότητα του κέικ λάσπης θεωρούνται δυσκολίες στη διαδικασία αφυδάτωσης. Άλλοι λόγοι περιλαμβάνουν ανεπαρκή σύμπτωση προτύπων για τον έλεγχο αυτών των παραπάνω παραμέτρων. Ωστόσο, ο κύριος λόγος είναι η έλλειψη μιας καλά εδραιωμένης σχέσης δομής-δραστηριότητας λόγω των εξαιρετικά περίπλοκων και πολυεπίπεδων δομικών χαρακτηριστικών της λάσπης. Για να κατανοήσουμε καλύτερα τη λάσπη, τα χαρακτηριστικά του κέικ λάσπης θα πρέπει να μελετηθούν διεξοδικά εκτός από την περιεκτικότητα σε νερό, τα στερεά συστατικά και τις ιδιότητες κροκίδωσης.
Για να βελτιωθεί περαιτέρω η απόδοση αφυδάτωσης της λάσπης, θα πρέπει να αναπτυχθούν επειγόντως νέα πηκτικά/κοκκωτικά και θα πρέπει να έχουν τα χαρακτηριστικά υψηλής απόδοσης αφυδάτωσης, χαμηλού κόστους και φιλικότητας προς το περιβάλλον. Οι μηχανισμοί αφυδάτωσης θα πρέπει επομένως να μελετηθούν λεπτομερώς με βάση όχι μόνο τα δομικά χαρακτηριστικά της λάσπης αλλά και με εκείνα των πηκτικών/κροκιδωτών. Επιπλέον, θα μπορούσε να διερευνηθεί ο συνδυασμός πηκτικών και κροκιδωτών και ο συνδυασμός πήξης/κροκίδωσης με άλλες προθεραπείες.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Coagulation/flocculation in dewatering of sludge:A review, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Water Research. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Hua Wei, Boqiang Gao, Jie Ren, Aimin Li και Hu Yang από το Πανεπιστήμιο της Nanjing.
