Очистка воды с помощью перегонки и ректификации

Применяются также погружные (дисковые) биофильтры. Они представляют собой резервуар, в котором имеется вращающийся вал с насаженными на него дисками, попеременно контактирующими со сточной водой и воздухом.

Биотенк-биофильтр представляет собой корпус, в котором заключены элементы загрузки, расположенные в шахматном порядке. Эти элементы выполнены в виде полуцилиндров, орошаются сверху водой, которая, наполняя элементы загрузки стекает через края вниз. На наружных поверхностях элементов образуется биопленка, в элементах — биомасса, напоминающая активный ил. Конструкция обеспечивает высокую производительность и эффективность очистки.

По принципу поступления воздуха в толщу аэрируемой загрузки фильтры могут быть с естественной и принудительной аэрацией. При поступлении сточных вод с БПКП> 300 мг/л во избежание частого заиливания поверхности биофильтра предусматривается рециркуляция — возврат части очищенной воды для разбавления исходной сточной воды.

Применение биофильтров ограничивается возможностью их заиливания, снижением окислительной мощности в процессе эксплуатации, появлением неприятных запахов, трудностью равномерного наращивания пленки.

Очистка в аэротенках. Аэробная биологическая очистка больших объемов вод осуществляется в аэротенках - прямоугольных в плане железобетонных сооружениях со свободно плавающим в объеме обрабатываемой воды активным илом, бионаселение которого использует загрязнения сточных вод для своей жизнедеятельности (рис. 1) [2].

 

Рисунок 1. Схема установки для биологической очистки сточных вод: 1 - первичный отстойник; 2 - предаэратор; 3 - аэротенк; 4 - регенератор активного ила; 5 - вторичный отстойник

 

Для обеспечения нормального хода процесса биологического окисления в аэротенк необходимо непрерывно подавать воздух. При аэрации должна быть обеспечена большая поверхность контакта между воздухом, сточной водой и илом, что является необходимым условием эффективной очистки.

Система аэрации представляет собой комплекс сооружений и специального оборудования, обеспечивающего снабжение жидкости кислородом, поддержание ила во взвешенной состоянии и постоянное перемешивание сточной воды с илом. Для большинства типов аэротенков система аэрации обеспечивает одновременное выполнение этих функций. По способу диспергирования воздуха в воде на практике применяются три системы аэрации: пневматическая, механическая и комбинированная.

При механической аэрации перемешивание осуществляется механическими устройствами (мешалками, турбинками, щитками и т.п.), которые обеспечивают дробление струй воздуха, вовлеченного непосредственно из атмосферы вращающимися частями аэратора (ротором).

Пневматическую аэрацию, при которой воздух нагнетается в аэротенк под давлением.

Окситенки - это сооружения биологической очистки, в которых вместо воздуха используется технический кислород или воздух, обогащенный кислородом.

Основным отличием окситенка от аэротенка, работающего на атмосферном воздухе, является повышенная концентрация ила. Это связано с увеличенным массообменом кислорода между газовой и жидкой фазами.

Рекомендуемая концентрация ила в окситенках составляет 6-8 г/л. Возможна работа данного устройства и при более высоких концентрациях активного ила.

В средней части цилиндрической перегородки прорезаны окна для перемещения иловой смеси из зоны аэрации в илоотделитель, в нижней части — для поступления возвратного ила в зону аэрации. В зону аэрации с помощью турбоаэратора подается кислород.

2) Анаэробные методы биохимической очистки. Анаэробные методы обезвреживания используют для сбраживания осадков, образующихся при биохимической очистке производственных сточных вод, а также как первую ступень очистки очень концентрированных промышленных сточных вод (БПКполн 4-5 г/л), содержащих органические вещества, которые разрушаются анаэробными бактериями в процессах брожения. В зависимости от конечного вида продукта различают следующие виды брожения: спиртовое, пропионовокислое, молочнокислое, метановое и др. Конечными продуктами брожения являются: спирты, кислоты, ацетон, газы брожения (СО2, Н2, СН4).

Для очистки сточных вод используют метановое брожение. Сбраживание осадков проходит две фазы: кислую и щелочную. В кислой фазе из сложных органических веществ образуются низшие жирные кислоты, спирты, аминокислоты, аммиак, глицерин, ацетон, сероводород, диоксид углерода и водород. Сложные органические вещества осадка и ила под действием внеклеточных бактериальных ферментов сначала гидролизуются до более простых: белки - до пептидов и аминокислот, жиры - до глицерина и жирных кислот, углеводы - до простых сахаров. Эти промежуточные продукты во второй фазе щелочного, или метанового, сбраживания из органических кислот образуют метан и угольную кислоту.

Анаэробный процесс метановой ферментации проходит по следующей схеме [2]:

Основная реакция метанообразования

где Н2A - органическое вещество, содержащее Н2.

Основными параметрами анаэробного сбраживания являются температура, регулирующая интенсивность процесса, доза загрузки осадка и степень его перемешивания. Процессы сбраживания ведут в мезофильных (30 - 35 °С) и термофильных (50 - 55 °С) условиях.

Процесс брожения проводят в метантенках - герметически закрытых резервуарах, для ввода несброженного и отвода сброженного осадка. Метантенк представляет собой железобетонный резервуар с коническим днищем, снабженный устройством для улавливания и отвода газа, а также оборудованный подогревателем и мешалкой. Применяются метантенки диаметром до 20 м и полезным объемом до 4000 м3.

Метантенки применяются для минерализации осадков бытовых и производственных сточных вод, содержащих доступные для микроорганизмов органические вещества. Полного сбраживания органических веществ в метантенках достичь нельзя. В среднем степень распада органических веществ составляет около 40%.

Для достижения высокой степени анаэробного сбраживания необходимо соблюдать по возможности высокую температуру процесса, концентрацию беззольного вещества более 15 г/л, интенсивную степень перемешивания, рН среды 6,8-7,2. Снижают эффективность сбраживания присутствие катионов тяжелых металлов (меди, никеля, цинка); избыток ионов NH4+, сульфидов, некоторых органических соединений и в том числе детергентов.

Основным условием работы метантенка является наличие в нем сброженного осадка, обильно заселенного микроорганизмами, адаптированными к данному загрязнению. Сброженный осадок получают в пусковой период очистного сооружения. Для сокращения пускового периода в сооружение вводят зрелый осадок из работающего метантенка или из других источников, например, из канализационных колодцев, так как свежий осадок сбраживается очень медленно (до 6 месяцев).

Наиболее интенсивно процессы распада протекают в термофильных условиях. При термофильном брожении распад органического вещества достигает 55 – 65 %. Кроме того, в этих условиях происходит отмирание патогенной микрофлоры кишечной группы.

Процессы распада можно ускорить введением в бродящую массу концентрированных «биокатализаторов», которые состоят из смеси энзимов, выделяемых бактериями, разлагающими органическое вещество [1].

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет биофильтра

 

Расчет биофильтров состоит в определении необходимого объема загрузочного материала для очистки сточной воды и размеров элементов водораспределительных устройств, дренажа, лотков для сбора и отведения воды.

Объем фильтрующей загрузки определяют по окислительной мощности (ОМ). Под окислительной мощностью понимается масса кислорода, выраженная в граммах БПК, которая может быть получена в сутки с 1 м3 загрузочного материала биофильтра.

1. Определяется коэффициент К [3]:

- без рециркуляции ;

- с рециркуляцией ,

где La – БПКполн исходной сточной воды, мг/л; – БПКполн исходной сточной воды, предельная для данной конструкции биофильтра, мг/л; Lt – БПКполн очищенной сточной воды.

2. В зависимости от типа фильтра по справочным данным определяются рекомендуемые значения высоты биофильтра (Н), гидравлической нагрузки (q), удельного расхода воздуха (В), нагрузка по БПК.
3. Для биофильтров с рециркуляцией определяются БПКполн смеси исходной и рециркуляционной сточных вод, мг/л, и коэффициент рециркуляции - n:

Lсм=K×Lt ;

.

4. Необходимая площадь биофильтров:

- без рециркуляции ;

- с рециркуляцией ,

где Q – расчетный расход сточных вод, м3/сут; q – гидравлическая нагрузка, м3/(м2×сут).

5. Максимальный часовой расход воздуха, м3/ч,

Дв.ч.= Qмах.ч.×В,

где Qмах.ч – максимально-часовой расход сточных вод, м3/ч;  
В – удельный расход воздуха, м3/м3.

6. Подбирается количество секций N размеры типовых биофильтров. Число и размеры секций зависят от способа распределения сточной воды по поверхности. Обычно количество секций должно быть не менее 2 и не более 6 - 8. Все секции рабочие.

5. Рассчитывается объем загрузки V [4]:

V = N ·F1·H  ,

где F1 - площадь одной секции биофильтра, м2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Широкое использование биохимического метода обусловлено:

- возможностью удалять из сточных вод разнообразные органические и некоторые неорганические соединения, находящиеся в воде в растворенном, коллоидном и нерастворенном состоянии, в том числе и токсичные;

- простотой аппаратурного оформления;

- относительно невысокими эксплуатационными затратами;

- глубиной очистки;

К недостаткам метода относятся:

- высокие капитальные затраты;

- необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки;

- токсичное действие на микроорганизмы ряда органических и неорганических соединений;

- необходимостью разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение задач

1. Определить предельно допустимое содержание взвешенных веществ в воде (m) и необходимую степень очистки воды по взвешенных веществам (Э):

Допустимое увеличение содержания взвешенных веществ в водоеме после спуска в него сточных вод (р, мг/л)	Содержание взвешенных веществ в водоеме до спуска в него сточных вод (b,  мг/л)	Расход воды в реке (QР, м3/с)	Расход сточных вод (qст, м3/с)	Концентрация взвешенных веществ в воде до очистки (С, мг/л)	Коэф-фициент смеши-вания (а)
0.75	9.8	12.5	0.27	305	1.0

 

Допустимое содержание взвешенных веществ m в спускаемых сточных водах в соответствии с санитарными правилами рассчитывают по формуле [1]:

   ,

где р - допустимое увеличение концентрации взвешенных веществ в водоеме после спуска сточных вод, b - содержание взвешенных веществ в оде водоема до спуска сточных вод, Q и q - соответственно расход воды в водоеме и расчетный расход сточных вод, а - коэффициент смешивания, показывающий какая часть расхода воды в водоеме смешивается со сточными водами в расчетном створе.

Необходимая степень очистки по взвешенным веществам, % [1]:

   ,

где С - количество взвешенных веществ в сточной воде до очистки.

Таким образом, по нашим заданным величинам предельно допустимое содержание взвешенных веществ в воде будет равно:

Необходимая степень очистки по взвешенным веществам:

Ответ: , .

2. Рассчитать допустимую температуру перед сбросом в водоем (Тст, C°). Можно ли производить сброс сточных вод с температурой 79°C в водоем?

 

Максимальная летняя температура природной воды до места выпуска сточных вод (Тр, C°)	Допустимое повышение температуры воды в водоеме в соответствии в санитарно-гигиеническими нормами (Тд, C°)	Кратность разбавления стоков (n)
21	3	20