Univerzitet u Novom SaduPrirodno­matematički fakultet

Departman za hemiju, biohemiju i zaštitu životne sredineUd ž j đ j š i ži di N i S d“Udruženje za unapređenje zaštite životne sredine „Novi Sad“

DRUGE METODE STABILIZACIJE DRUGE METODE STABILIZACIJE MULJEVA I OBEZVODNJAVANJE

Radivoj TomićRadivoj Tomić

Novi Sad 2­5. septembar, 2014.

Karakteristike muljaj

Karakteristike muljaKarakteristike mulja

• Izbor postupaka obrade i odlaganja muljeva najviše zavisi od njihovih karakteristika. 

• Muljevi su, u opštem slučaju, veoma različiti, naročito muljevi od prečišćavanja industrijskih otpadnih voda.

• Od količinekoličinemulja i koncentracijekoncentracijesuspendovanih čestica najviše i zavisi način obrade mulja.

Obrada muljevaj

• Muljevi se, najčešće, moraju obraditi pre odlaganja. 

• Koji će se od postupaka primeniti, i kojim redosledom, zavisi od niza faktora: fizičkih, hemijskih i bioloških karakteristika mulja; raspoloživosti i karakteristika 

dl j ljmesta za odlaganje mulja; mogućnosti recirkulacije pojedinih konstituenata mulja; cene i prihvatljivosti pojedinihcene i prihvatljivosti pojedinih postupaka obrade mulja itd. 

• Za svaki konkretan slučaj u praksi prethodno se mora utvrditiprethodno se mora utvrditi optimalna šema rada. 

Postupci obrade muljevap j

• Ugušćivanje:  gravitaciono i flotaciono

• Stabilizacija: aerobna i anaerobnaj

• Kondicioniranje: dodatak hemikalija i termička obrada

• Obezvodnjavanje: vakuum filterima, centrifugiranjem i spori peščani filtri

• Odlaganje: deponija razbacivanje po odredjenom zemljistu lagune i more• Odlaganje: deponija, razbacivanje po odredjenom zemljistu, lagune i more

• Sušenje i oksidacija: spaljivanje, sušenje i oksidacija vlažnim vazduhom 

Kompostiranjep j

Kompostiranje je kontrolisani metod biološkogKompostiranje je kontrolisani metod biološkog razlaganja organskih materija. To je jedan od tipičnih procesa stabilizacije i najčešće se koristi za stabilizaciju sirovog mulja. Primena kompostiranja je u velikoj meri porasla zbog porasta troškova t t i t ič j lt titretmana i porasta ograničenja za alternativna rešenja kao što su deponovanje i spaljivanje. 

Glavni ciljevi kompostiranja su:

• biološka konverzija biorazgradljivih organskih materija do stabilne forme,

• redukcija patogena (toplota koja se iš ilik k ti j (50generiše prilikom kompostiranja (50‐

70°C) vrši dezinfekciju, ali ne steriliše krajnji proizvod),

• smanjenje mase vlažnog muljasmanjenje mase vlažnog mulja uklanjanjem vlage i organskih materija (mada, ako se sredstva za zgušnjavanje dodaju kako bi olakšali 

k ti j kproces kompostiranja, ukupna zapre‐mina se može povećati ) i

• proizvodnja korisnog krajnjeg proizvodaproizvoda.

“Windraw”  sistem, dugačke biogomile, sa mašinom za g gprevrtanje (levo) i dodatak punioca – slama (desno)

• Kada se kompostiranje obavlja u reaktorima mulj i punioc se mešaju, a zatim se aerišu u silosima rotirajućim bubnjevima ili horizontalnim reaktorima. 

• Kompostiranje se odvija u stacionarnom režimu, sa određenim protokom. Regulisanom aeracijom kontroliše se koncentracija kiseonika i temperaturni režim. 

• Čak iako se sistemi za kompostiranje razlikuju po izgledu, svi oni obuhvataju sledeće osnovne korake: (i) mešanje mulja i punioca; (ii) kompostiranje ili mikrobiološko razlaganje organske materije; (iii) recikliranje punioca ili proizvoda; (iv) konzervisanje, (v) skladištenje; i (vi) finalno odlaganje kompostiranog materijala (koji se može prodavati k h i ij l)kao humusni materijal).

Kontrola procesa. Vlažnost, temperatura, hranljive materije, sredstva za zgušnjasvanje i provetravanje u velikoj meri utiču na stabilizaciju kompostiranja

Kompostiranje u silosimaKompostiranje u rotirajućim bubnjevimaKompostiranje u horizontalnim reaktorima

Stabilizacija krečomj

• U stabilizaciji krečom podiže se pH vrednost mulja na  12. 

• Visoka pH vrednost sprečava opstanak mikroorganizama, pa zbog toga mulj neće truliti, proizvoditi neprijatne mirise ili predstavljati opasnost za zdravlje. 

K d H d t li j t lj j ć t iti• Kada se pH vrednost normalizuje proces truljenja će se nastaviti. 

• Doziranje kreća moguće je pre oceđivanja ili posle oceđivanja mulja. 

• Kreč se može dodati kao CaO (negašeni kreč) ili kao Ca(OH)2 (gašeni kreč). 

Ak d d j š i k č ij l k j ši i ij lj• Ako se dodaje negašeni kreč razvija se toplota koja vrši pasterizaciju mulja. 

• Gašeni kreč reaguje sa ugljen‐dioksidom stvarajući karbonat, što povećava čvrstoću mulja.

Stabilizacija krečomStabilizacija krečom

Termički tretman

• Od termičkih tretmana primenjuju se:

– termičko sušenje mulja,termičko sušenje mulja,

– termička redukcija organskih materija, koja može biti: 

• spaljivanje mulja, 

• oksidacija vlažnim vazduhom,oksidacija vlažnim vazduhom, 

• gasifikacija i 

• piroliza. 

• Termička obrada se sastoji od kratkotrajnog zagrevanja mulja pod pritiskom (naTermička obrada se sastoji od kratkotrajnog zagrevanja mulja pod pritiskom (na 150‐200°C i 10‐20 bar) uvođenjem vodene pare. 

• Termički tretman izaziva koagulaciju i smanjenje hidratisanosti suspendovanih čestica, denaturaciju belančevina, i slično, a takođe se uništava i mikroflora, čime se dobija praktično sterilisan i dezodorisan mulj koji se lako obezvodnjava. 

• Termičkom obradom, sem kondicioniranja, ostvaruje delom i stabilizacija muljeva jer se oksidiše deo organskih materija mulja, pogotovo ako se sa parom dodaje i vazduhvazduh. 

Termički tretman

Tipičan sistem toplotnog tretmana mulja p p g j

Sušenje toplotomj p

Proces sušenja mulja toplotom uklanja vlagu iz mulja doj j p j g jodgovarajućih granica pri tom smanjujući ukupnu zapreminu mulja,zadržavajući svojstva đubriva, uništavajući patogene organizme idajući produkte bez mirisa. Sušenje toplotom podiže temperaturudolaznog mulja kako bi se uklonila vlaga i smanjila ukupnazapremina. Temperatura je i dalje dovoljno niska da bi se zadržalehranljive osobine mulja. Krajnji proizvod sadrži hranljive sastojke za

ljiš li i izemljište, ali ne i patogene organizme.

Tri glavna postupka sušenja toplotom g p p j p

• Nisko‐temperaturno sušenjeNisko temperaturno sušenje

• Brzo sušenje

S š j i j š i i• Sušenje u rotacionoj sušnici

Spaljivanje (insineracija)p j j ( j )

Spaljivanje koristi toplotu dobijenu iz zapaljivih materija iz lj i i ć i S lji j kl j l imulja i iz pomoćnog goriva. Spaljivanjem se uklanja vlaga iz 

mulja čime se smanjuje ukupna zapremina mulja. Ovim procesom degradiraju se sve organske materije potpunim sagorevanjem i patogeni organizmi . Treba da se vrši monitoring emisije gasova sa određenom frekvencijom kako bi se utvrdilo da nema otrovnih supstanci Više‐komorne peći ise utvrdilo da nema otrovnih supstanci. Više komorne peći i spaljivači sa fluidizovanim slojem su najčešće vrste peći za spaljivanje mulja. 

Spaljivanje (insineracija)p j j ( j )

Više‐komorni spaljivači Spaljivači sa fluidizovanim slojem

Kontrola procesa. Za efikasnu kontrolu procesa treba uzeti u obzir sledeće kom-ponente procesa spaljivanja: obezvodnjavanje, povraćaj toplote, potrebu za vaduhom i kalo-rijsku vrednost mulja

Poredjenje procesa stabilizacije muljaj j p j j

Proces Prednosti Nedostaci•zahteva 40‐60% suve materije

Kompostiranje• visokokvalitetan produkt sa potencijalom za prodaju i upotrebu na poljoprivrednom zemljištu•može se kombinovati sa drugim 

i

j•zahteva punioce ili izvor ugljenika•zahteva forsiranu aeraciju ili prevrtanje•mogućnost širenja patogena prašinom•visoki operativni troškovi – i energija i radna snaga•može biti potrebna velika površinaprocesima

•niski inicijalni troškovi (biogomile)

može biti potrebna velika površina•mogući mirisi

•niski kapitalni troškovil k lj j

•povećava zapreminu mulja za odlaganje•nije moguća primena na alkalno zemljište•zahteva dosta hemikalija

Stabilizacija krečom •lako upravljanje•dobar kao privremen ili urgentan proces stabilizacije

•zahteva dosta hemikalija•troškovi zavise od lokaliteta•pad pH nakon tretmana može dovesti do oslobađanja mirisa i ponovnog rasta mikroorganizama

•ruptura ćelijskih zidova bioloških

Termalni tretman

•mulj podložniji obezvodnjavanju•efektivna dezinfekcija mulja

•ruptura ćelijskih zidova bioloških organizama oslobađa vodu i vezane organske materije•tretman ovog veoma čvrstog organskog otpada može zahtevati specijalne uslove

•kompleksna mehanička i kontrolna oprema

Sušenje toplotom ili spaljivanje•velika redukcija zapremine mulja za odlaganje•potpuna destrukcija patogena

•kompleksna mehanička i kontrolna oprema•zahteva dodatno gorivo•zahteva relativno uniformno obezvodnjen mulj•može produkovati mirise

OBEZVODNJAVANJE MULJEVAJ J J

• Obezvodnjavanjem se muljevi (koji su tečljivi ili pastozni) prevode u polučvrste materijale, čija je konzistencija sličnija vlažnom čvrstom materijalu. 

• Materijal takve konzistencije se lako dalje prerađuje ili odlaže. 

• Zbog uklanjanja velikog dela vode se masa mulja značajno smanjuje (obično na petinu) što pojeftinjuje dalju obradu, odnosno smanjuje troškove transporta prilikom dl jodlaganja.

• Sposobnost obezvodnjavanja muljeva zavisi u najvećoj meri od 

– koncentracije i osobina suspendovanih čestica (veličina, oblik, stepen hidratisanosti), 

– od viskoziteta, 

– jonske jačine i pH vode u mulju. 

• Sposobnost obezvodnjavanja muljeva se obično ocenjuje empirijski, na osnovu ogledne vakuum filtracije mulja u laboratoriji, pri čemu se meri specifični otpor i stišljivost muljne pogačestišljivost muljne pogače.

Polja za sušenje muljaj j j

• Za obezvodnjavanje manjih količina kondicioniranog i/ili stabilizovanog l č k l k č šk kl d kmulja, naročito aktivnog mulja iz koga se inače teško uklanja voda, koriste 

se polja za sušenje mulja koja ustvari predstavljaju spore peščane filtre: na podlozi od šljunka, sa inkorporiranim drenažnim sistemom, nalazi se sloj peska.peska. 

• Prednosti polja za sušenje mulja su sledeće: niska cena, ne postoji potreba za visoko kvalifikovanim operatorom i visok procenat suvih materija u oceđenom mulju.

Š t ki ik lj š j lj jč šć k išć iŠematski prikaz polja za sušenje mulja sa najčešće korišćenimpodacima za projektovanje

Izgled polja za sušenje muljag p j j j

Drenažna “riblja kost” Izgled polja za sušenje mulja

Natkriveno polje za sušenje mulja Osušen mulj

Primena filtracije za obezvodnjavanjej j j

• Za veće kapacitete koriste se h čk b dmehanički postupci obezvodnjavanja. 

• Najpopularnija je vakuum fillracija, kojom se muljevi koncentrišu do 20‐30% suve materije Kapacitet iznosi 1530% suve materije. Kapacitet iznosi 15‐75 kg suve materije po m2 površine fitra na sat, a zavisi od tipa mulja i načina prethodne obrade. 

• Ramske filtar prese primenjuju se ređe, mada su efikasne u obezvodnjavanju, jer su skuplje u radu. S l iji h i l i k i• Sve su popularniji horizontalni trakasti filtri (koje se javljaju kao alternativa vakuum filtrima). 

Trakaste filter presep

Kod trakastih filter presa kontinualno se dovodi mulj, pri p j, pčemu je oceđivanje pod dejstvom gravitacije i mehanički stvorenog pritiska putem valjaka.

Horizontalni trakasti filter                             Izgled trakstih filter presa

Komorne filter presep

• U komornoj filter presi oceđivanje se postiže tako što se mulj ubacuje pod velikim pritiskomtako što se mulj ubacuje pod velikim pritiskom u komore iz kojih se voda isceđuje kroz poroznu sredinu (tekstil).

• Prednosti komorne filter prese su: velika pkoncentracija suvih materija u kolaču, bistrina filtrata i veliki procenat izdvajanja suvih materija. 

• Pritisak koji se postiže u komorama iznosi odPritisak koji se postiže u komorama iznosi od 6,9‐15,5 bara. 

• Vreme ceđenja iznosi od 1 do 3 sata. Potom se komore otvaraju i iz njih se izbacuju kolači. 

bl k l č d d• Debljina kolača iznosi od 25 mm do 38 mrn, a sadržaj vlage varira od 48‐70%.

• Filtracioni ciklus traje od 2 do 5 sati i sastoji se od: punjenja prese, održavanja pritiska u p j j p , j pkomorama, otvaranja komora, odstranjanja kolača i pranja komora i zatvaranja komora (presa).

Centrifugiranjeg j

• Centrifugiranje se koristi i za zgušnjavanje sirovog mulja i za dehidrataciju tretiranog mulja. 

• Muljevi se mogu vrlo efikasno obezvodnjavati ali ovaj način u principu je skuplji. 

• Sadržaj vlage se smanjuje na 75‐80%.j g j j

• Koriste se skoro isključivo kontinualne centrifuge sa obrtnim bubnjem i pužem za iznošenje obezvodnjenog mulja.

Kontinualna centrifuga sa rotirajućim bubnjem i pužem

Ulaz mulja

Gravitacijski ispust vode Ispust zgusnutog mulja

Ramske filter presep

• U odnosu na komorne filter prese, ramske filter prese predstavljaju tehničko unapređenje. Sastoje se od ploča i ramova naizmenično naslaganih. Svaki ram je presvučen sa filter papirom i filter platnom. Mulj se transportuje do svakog rama i zadržava se na platnu dok filtrat prolazi k l k l b č d f lkroz platno i sakuplja se sistemom cevi. Uobičajeno je da se pre filtracije dodaju neke neorganske hemikalije ili organski polimeri – princip je da se male čestice povežu u veće agregate. Obično se dodaje kreč i/ili gvožđe(III) hlorid u odredjenoj količinigvožđe(III)‐hlorid u odredjenoj količini.

Vakuum filteri

• Danas se vakuum‐filteri ređe primenjuju čemu je doprinela primena polimera u predtretmanu mulja, te su zamenjeni centrifugama i trakastim filter presama. Sastoji se iz horizontalnog cilindričnog bubnja koji rotira potopljen 20‐35% u mulju. Bubanj je podeljen na sekcije: zona nastajanja k l č š k l č kl k l č lkolača, zona sušenja kolača i zona uklanjanja kolača. Potopljena zona je zona nastajanja kolača.

Izgled rotacionih bubnjeva

Vakuum-filter za obezvodnjavanjemulja

Izgled rotacionih bubnjeva

Zaključakj

Kao što je već rečeno, tretman mulja predstavlja veoma skup d j j d ih d či jdeo postrojenja za tretman otpadnih voda, a naročito je veoma važna ekonomska optimizacija procesa obezvodnjavanja mulja. j j j

Hvala na pažnji