Повна версія

Головна arrow Товарознавство arrow Водопостачання і водовідведення

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Біологічне очищення стічних вод в штучно створених умовах

Біологічний фільтр - споруда, в якій размешена інертна пориста завантаження, через яку зверху вниз просочується стічна вода. Поверхня завантажувального матеріалу обростає біоплівкою, утвореної колоніями аеробних мікроорганізмів. Вихідна вода рівномірно розподіляється по поверхні завантаження, а очищена збирається в піддоні під завантаженням і відводиться у вторинний відстійник для відділення від постійно змивається із завантажувального матеріалу біоплівки.

Фільтруючись через завантаження біофільтра, стічна вода залишає в ній нерозчинені домішки, що не осіли в первинних відстійниках, а також колоїдні і розчинені органічні речовини. Ці речовини сорбуються біологічної плівкою, що покриває поверхню завантаженого в біофільтр матеріалу. Мікроорганізми біоплівки окислюють органічні речовини. Частина органічних речовин мікроорганізми використовують як матеріал для збільшення своєї маси. Необхідний для біологічного окислення кисень повітря надходить у товщу фільтруючого матеріалу шляхом природної або штучної вентиляції фільтра.

Таким чином, зі стічної води віддаляються органічні речовини і в той же час збільшується маса активної біологічної плівки в тілі біофільтра. Відпрацьована і омертвевшая плівка змивається протікає стічною водою і виноситься з тіла біофільтра.

Матеріалами для біофільтрів є щебінь і галька міцних гірських порід, керамзит, полімери, а також пластмаси. Такі фільтри працюють більш ефективно, оскільки володіють розвиненою площею поверхні.

Надійна робота біофільтра може бути досягнута тільки при рівномірному зрошенні водою його поверхні. Зрошення проводиться спеціальними розподільними пристроями, які поділяються на нерухомі і рухомі.

До нерухомих розподільникам відносять дірчасті жолоби або труби і розбризкувачі (спринклери); до рухливих - хитні жолоби, рухомі наливні колеса і обертові реактивні розподільники.

Біофільтри можуть застосовуватися для видалення органіки одночасно з видаленням азоту біологічним і фосфору реагентним способом в додаткових спорудах, оскільки в діапазоні застосування біофільтрів - станції продуктивністю до 20000 м3 / сут - видалення фосфору біологічним способом нераціонально.

Очисні споруди з біофільтрами мають досить просту технологічну схему, не вимагають дорогого устаткування, прості в експлуатації. Труднощі виникають при замулювання завантаження біофільтра в результаті перевищення проектних органічних навантажень на споруду.

Для затримання надлишкової біоплівки після біофільтрів встановлюють вторинні відстійники, в основному вертикального типу. Надлишкова плівка з вторинних відстійників повинна регулярно віддалятися на обробку або мулові майданчики, в іншому випадку загниваючий осад погіршує якість очищеної води. Залежно від режиму роботи біофільтра (краплинний або високо- навантажується) утворюється різна кількість надлишкової біоплівки: для крапельних біофільтрів - 8 г / (чол • добу), для високоіагружаемих - 28 г / (чол • добу). Вологість осаду, що вивантажується з вторинного відстійника, близько 96%.

В цілому очищена вода після біофільтрів має показники, що не задовольняють вимогам санітарно-епідеміологічної служби і комітетів з охорони природи: БПКполн і концентрація зважених речовин - 20 ... 25 мг / л, нітрифікація йде слабо, зниження вмісту амонійного азоту не перевищує 30 .. .40%, його концентрація в очищеній воді 15 ... 20 мг / л залежно від вихідних концентрацій. Очищена вода часто має опалесценцию і дрібну неоседающую суспензію.

Краплинні біофільтри (рис. 12.7) працюють за наступною схемою. Стічна вода, освітлена в первинних відстійниках, самопливом (або під напором) надходить у розподільні пристрої, з яких періодично подається на поверхню біофільтра у вигляді крапель або струменів. Вода, профільтрувати через товщу біофільтра, потрапляє в дренажну систему і далі по суцільному непроникному днищу стікає до відвідним лоткам, розташованим за межами біофільтра. Потім вода надходить у вторинні відстійники, виноситься плівка затримується і відокремлюється від очищеної стічної води. Ефект очищення нормально працюючих біофільтрів подібного типу дуже високий і може досягати по БПК5 90%.

Відмітна особливість крапельних фільтрів - невеликий розмір зерен завантажувального матеріалу (12 ... 25 мм), а також низьке навантаження по воді, зазвичай вона коливається в межах 0,5 ... 1 м3 стічної води на 1 м3 завантаження фільтра.

Схема крапельного біофільтра

Рис. 12.7. Схема крапельного біофільтра:

1 - дозуючий бак; 2 - розподільна мережа; 3 - фільтруюча завантаження з шлаку, гравію, керамзиту, пластмас; 4 - дренаж; 5 - збірний лоток

Тому у вітчизняній практиці краплинні біофільтри рекомендується застосовувати при кількості стічних вод не більше 1000 мусут. Вони призначаються для повної (до БПК20 - 10 ... 15 мг / л) біологічної очистки стічної рідини. Характерною особливістю крапельних біофільтрів є майже повне окислювання затриманих в них органічних забруднень.

Високонавантажувані біофільтри класифікують за такими ознаками:

  • - За способом подачі повітря - на біофільтри з природною і штучною подачею повітря (аерофільтри). У вітчизняній практиці застосовують високонавантажувані біофільтри висотою 3 ... 4 м зі штучною подачею повітря;
  • - За режимом роботи - на біофільтри, що працюють з рециркуляцією і без неї;
  • - За технологічною схемою - на біофільтри одно- і двоступінчасті.

Відмітна особливість високонагружаемих біофільтрів - більш висока, ніж у звичайних крапельних біофільтрах, окислювальна потужність. Обумовлюється вона незаіляемостью таких фільтрів і кращим обміном повітря. Досягається це завдяки більш крупному завантажувальному матеріалу і підвищеної в кілька разів навантаженні по воді.

Винесені з високонагружаемих біофільтрів домішки затримуються у вторинних відстійниках.

До числа конструктивних відмінностей високонагружаемих біофільтрів відносяться: значна висота шару фільтруючого завантаження і велика крупність її зерен (40 ... 50 і навіть 65 мм) по всій висоті завантаження; особлива конструкція днища і дренажу, що забезпечує можливість штучної продувки завантаження повітрям.

Конструктивні та експлуатаційні особливості високонагружаемих біофільтрів обумовлюють їх більшу, ніж звичайних крапельних біофільтрів, продуктивність. Високонавантажувані біофільтри можуть забезпечити будь-яку задану ступінь очищення стічних вод, тому застосовуються як для часткової, так і для повної їх очищення.

Інтенсифікація роботи біофільтрів йде в напрямку застосування як завантаження листового матеріалу, що дозволяє підвищити ефективність очищення. Прикладом успішного вирішення в цій галузі є біофільтри-стабілізатори, які складаються з високонавантажувані біофільтра і розташованого під ним резервуара, в якому виділені зони мінералізації та відстоювання. Біофільтр-стабілізатор працює в режимі рециркуляції; видалення забруднень відбувається як на завантаженні біофільтра, так і в зоні мінералізації за допомогою надлишкової біоплівки, яка циркулює з мінералізатора на біофільтр.

При продуктивності станції до 10000 м3 / сут застосовують заглибні біофільтри. Погружной біофільтр являє собою обертовий барабан, напівзанурений в резервуар з надходить стічної водою. Барабан виконується у вигляді пластинчастих дисків або пористого матеріалу, обростає біоплівкою, яка при обертанні барабана періодично опиняється під водою, де контактує з забрудненнями, і над водою, де контактує з атмосферним повітрям.

Аеротенки являє собою резервуари, в яких стічна вода змішується з активним мулом і аерується за допомогою різних систем аерації (рис. 12.8). Активний мул являє собою біоценоз мікроорганізмів - минерализаторов, здатних сорбувати на своїй поверхні і окисляти в присутності кисню повітря органічні речовини стічної рідини. Аерація забезпечує ефективне змішування стічних вод з активним мулом, подачу в суміш мулу кисню і підтримання мулу в підвішеному стані. В процесі окислення органічної речовини збільшується біомаса мікроорганізмів і утворюється надлишковий активний мул. Відділення активного мулу від очищеної води відбувається у вторинних відстійниках, з яких він повертається в аеротенки (циркуляційний активний мул), а надлишковий активний мул періодично виводиться з вторинного відстійника.

Схема пристрою аеротенках

Рис. 12.8. Схема пристрою аеротенках:

а, б - розріз і план трехкорідорного аеротенках; в - розріз двухкорідорного аеротенках; 1 - перфоровані або пористі повітророзподільні труби; 2,3 - розвідні повітропроводи і стояки; 4 Травня - впуск і випуск стічної рідини; 6 ... 8 - коридори аеротенках ; 9 - фільтрувальних пластин; 10 - повітророзподільні канали

Як правило, аеротенки виконуються у вигляді одного - чотирьох коридорів глибиною від 3 до 5 м (в зарубіжній практиці до 12 м) і довжину, не менше ніж у чотири рази перевищує ширину. Ширина коридору не перевищує глибину більш ніж в 2 рази. При необхідності передбачають аеротенки довжиною до 100 м і шириною коридору до 12 м.

Можливі інші форми аеротенків за умови достатнього перемішування мулової суміші та ефективного введення повітря. Висока концентрація активного мулу обмежена його здатністю до відділення від мулової суміші. Концентрація мулової суміші в аеротенках знаходиться в межах 1,5 ... 6 г / л. У вторинному відстійнику мул ущільнюється до концентрації не більше 8 ... 10 г / л.

Найбільш широке поширення одержали аеротенки з пневматичною аерацією, в яких повітря подається від повітродувних установок і розподіляється в рідині за допомогою спеціальних аераторів. Аерація мулової суміші виробляється подачею стисненого повітря через різного роду диспергатори (дірчасті труби, пористі пластини, дріднопузирчасті диспергатори), які виготовляють зі сталі, керамічних пластмасових матеріалів і пористого поліетилену. Аератор складається з основної перфорованої труби з поліетилену з насадженим на неї диспергаторів з двошарового пористого поліетилену: на грубий пористий шар нанесений дрібнопористий, що забезпечує рівномірність утворення бульбашок повітря.

У районах з теплим кліматом при невеликій продуктивності очисної станції можуть застосовуватися механічні аератори - мішалки з вертикальною або горизонтальною віссю обертання. Механічна аерація проводиться шляхом перемішування стічної рідини в аеротенках механічними пристроями, що супроводжується інтенсивним розчиненням в рідині кисню повітря з атмосфери.

Ежекторна, або струменевий, аерація заснована на залученні повітря струменями води, що протікає через звужену ділянку трубопроводу, до якого підведено воздуховод. Робочою рідиною зазвичай є иловая суміш. Ежекторна система аерації найменш ефективна з перерахованих, але одна з найпростіших в монтажі та експлуатації і тому має свою область застосування: очисні споруди малої продуктивності.

Для біологічного очищення побутових стічних вод потрібно 1 ... 1,4 г кисню на 1 г БПКполн. При застосуванні різних типів пневматичних аераторів в традиційній технологічній схемі очищення без нітрифікації витрата повітря досягає 5 ... 10 м3 на 1 м3 вихідної стічної води. Потужність механічних аераторів 0,05 ... 0,1 кВт на 1 м3 добової продуктивності, зона дії одного аератора 30 ... 400 м3. Система аерації повинна підтримувати в аеротенках концентрацію розчиненого кисню від 2 до 5 мг / л.

Приріст активного мулу залежить від величини органічної навантаження на аеротенк. При навантаженнях вище 200 мг / (г • добу) приріст мулу р визначається за формулою:

де С5 - концентрація завислих речовин в надходить в аеротенк стічній воді; L en - БПКполн надходить в аеротенк стічної води.

Утворений в результаті приросту надлишковий активний мул повинен регулярно вилучатися із системи для підтримки заданої дози і нормальної роботи вторинного відстійника.

Низькі навантаження (менше 150 мг БПК / г • добу), при яких відбувається більш повне окислювання органічних речовин, дають істотно менший приріст активного мулу:

Аеротенки, що працюють при таких низьких навантаженнях, - аеротенки повного окислення або аеротенки з продовженої аерацією - можуть працювати без первинного відстоювання, що спрощує загальну технологічну схему очищення і виключає утворення різних за якістю і тому вимагають спеціальної обробки видів осаду. З іншого боку, аеротенки повного окислення вимагають великих обсягів і більшої витрати повітря, тому в даний час застосовуються найчастіше на очисних спорудах невеликої продуктивності.

Аеротенки в стандартній технологічній схемі використовують для видалення органічних і частини мінеральних речовин (у тому числі біогенних елементів: азоту і фосфору) в межах можливості накопичення останніх при синтезі органічної речовини активного мулу і при сорбції на поверхні пластівців. У стандартній технологічній схемі активний мул функціонує в досить вузьких стаціонарних умовах, підтримуваних при роботі станції.

Аеротенки із завантаженням з інертних матеріалів представляють резервуари, конструктивно влаштовані як традиційні аеротенки, при цьому на поверхні інертних матеріалів організовується пріклепленная мікрофлора або біомаса мікроорганізмів. Біомаса присутній в цій споруді у вигляді зваженого активного мулу (як у звичайних аеротенках) і у вигляді біоплівки, наростаючою на матеріалі завантаження. Основні її види: Засипна завантаження (з зернистих матеріалів, обрізків пластмасових труб, керамічних елементів); плаваюча завантаження; завантаження, що знаходиться в підвішеному стані; листова завантаження з різних синтетичних матеріалів; завантаження типу "йорж" і т.п.

Технологічні переваги біологічного очищення в спорудах з прикріпленою мікрофлорою визначаються головним чином тим, що в аеротенку утримується висока доза мулу без збільшення циркуляції з вторинного відстійника. Усереднена доза активного мулу досягає 6 ... 8 г / л з урахуванням того, що частина мулу знаходиться в підвішеному, а інша - в прикріпленому стані. Внаслідок цього забезпечуються стійкі якісні показники очищеної води, збільшується окислювальна потужність очисних споруд, скорочується тривалість очищення і зменшуються обсяги технологічних ємностей, збільшується вік активного мулу за рахунок збільшення загальної біомаси мікроорганізмів і, отже, інтенсифікація процесів нітрифікації, здійснюється глибока біологічної очищення стічних вод.

Технологія застосування прикріпленою мікрофлори дозволяє забезпечити стійку очистку стічних вод зі зниженням концентрації БПКполн до 3 ... 5 мг / л і вмісту азоту амонійного до 0,5 мг / л.

Найбільш сучасними, відповідними вимогам охорони природи, є аеротенки з видаленням біогенних елементів (азоту і фосфору). Біогенні елементи (азот і фосфор) викликають бурхливий розвиток синьо-зелених водоростей у водоймах, ось чому їх скидання обмежується. Конструкція аеротенків з видаленням біогенних елементів значно складніше, оскільки містить комбінації чергуються зон з пристроєм систем аерації або без них, часто з впровадженням насосів міжзонних рециркуляції.

У зонах з пристроєм систем аерації протікають процеси окислення вихідних органічних забруднень (зниження показників ВПК і ГПК) і нітрифікації (окислення амонійного азоту N114 до нітритів NО2 і нітратів NO3). У зонах без пристрою систем аерації протікають процеси денітрифікації та дефосфатаціі.

За умови нітрифікації в аеротенку необхідно враховувати додатковий витрата кисню з розрахунку 4,6 мг 02 на 1 мг окисленого азоту. Приріст беззольного речовини бактерій-нитрификаторов становить приблизно 0,16 мг на 1 мг окисленого азоту.

Ha l мг окисленого азоту використовується 8,7 мг лугу. Тому в стічній воді з низькою лужністю, як це спостерігається практично у всіх населених пунктах Західно-Сибірського регіону, процес нітрифікації при біологічному очищенні не може йти повністю, а pH води знижується до 5 і нижче.

Процеси денітрифікації - це фаза процесів, яка відновлює нітрити та нітрати в газову фракцію N2 і N2О, що відбувається за допомогою участі мікроорганізмів - гетеротрофів. Процес вимагає аноксічних умов (присутність пов'язаних форм кисню NО2, NO3 і відсутність розчиненого кисню) і джерела легкоокислюваних органічних речовин (частина ВПК).

Таким чином, видалення з води окислених форм азоту - нітритів і нітратів, що утворюються при нітрифікації, здійснюють у денітріфікатори (або зонах денітрифікації). Денітріфікатори - резервуари різної в плані форми, в яких иловая суміш перемішується зі стічною водою без подачі кисню повітря.

В умовах дефіциту обладнання для перемішування рідини з легкоосаждаемой суспензією застосовують заглибні лопатеві мішалки з горизонтальною віссю обертання. Мішалки можуть ефективно перемішувати рідину і в коридорних резервуарах, і в циліндричних.

Процес біологічного нітрифікації-денітрифікації є порівняно недорогим і екологічно чистим.

Процеси дефосфатаціі досить складні і здійснюється мікроорганізмами - гетеротрофами (фосфатаккумулірующімі організмами - ΦΛΟ). Вміст фосфору в біомасі мікроорганізмів зазвичай 3 ... 5% але масі, але в певних умовах може доходити до 20% - саме цей принцип покладено в основу конструктивних схем біологічного видалення фосфору. Для процесу дефосфатаціі потрібні наступні конструктивні елементи: анаеробна (бескислородная) зона з легкоокисними субстратом у формі летких жирних кислот (частково утримуються у вихідних стічних водах); послідовно з нею аеробне зона (киснева з пристроєм систем аерації) або аноксічних зона; насоси рециркуляції збагачених фосфором ФАО в анаеробну зону.

Вторинні відстійники призначені для затримання активного мулу, що надходить разом з очищеною водою з аеротенків, або для затримання біологічної плівки, вимиває водою з біофільтрів. Вторинні відстійники бувають вертикальні, горизонтальні і радіальні. Для очисних станцій невеликої продуктивності зазвичай застосовують вертикальні, а для великих і середніх станцій - горизонтальні і радіальні вторинні відстійники.

Для підвищення ефективності розділення мулової суміші у вторинних відстійниках іноді використовують прийом відстоювання в тонкому шарі (тонкошарові відстійники). Параметри вторинних відстійників розраховують за гідравлічної навантаженні з урахуванням концентрації активного мулу в аеротенку і його здатності до обложений і to і ущільненню, що виражається величиною мулового індексу - обсягу в мілілітрах, який займає 1 г активного мулу. Величина мулового індексу залежить головним чином від складу стічних вод та органічної навантаження: при органічної навантаженні від 200 до 500 мг / (г • добу) величина мулового індексу коливається в межах 70 ... 100 мл / г, що забезпечує задовільну роботу вторинних відстійників. При збільшенні органічних навантажень мулової індекс зростає, мул погано осідає у відстійниках, що порушує роботу всієї системи.

На великих очисних станціях великого поширення набули радіальні вторинні відстійники. Осівший мул видаляється рухомими скребками, які збирають мул від периферії до приямку, розташованому в центрі відстійника, або ілососамі, що представляють собою систему рухомих сосунов.

 
<<   ЗМІСТ   >>