Основные устройства для биологической очистки сточных вод

Для нормальной работы необходимо соблюдать оптимальные значения рН и температуры сточных вод. Температура должна быть не менее 6°С. В зимнее время пруды не работают, их обычно опорожняют и могут использовать как накопители. Один раз в два  — три года рекомендуется производить  перепашку дна и посадку растительности.

Биологические пруды обладают небольшой стоимостью строительства  и невысокими эксплуатационными  расходами, в то же время они отличаются низкой окислительной способностью, сезонностью работы, большой занимаемой площадью, неуправляемостью, наличием застойных зон, трудностью чистки.

6. Очистка в биофильтрах.

Биопленка растет на наполнителе  биофильтра, она имеет вид слизистых  обрастаний толщиной 1-3 мм и более. Эта  пленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей и других организмов. Число  микроорганизмов в биопленке  меньше, чем в активном иле.

Биологические фильтры достаточно широко применяются для очистки  бытовых и производственных сточных  вод при их объемном расходе до 30 тыс. м3/сут.

Биофильтры — искусственные  сооружения биологической очистки  представляют собой круглые или  прямоугольные в плане сооружения, загруженные фильтрующим материалом, на поверхности которого выращивается биопленка; изготовляются они из железобетона или кирпича. Сточная  вода фильтруется через слой загрузки, покрытой пленкой из микроорганизмов; отработанная (омертвевшая) биопленка  смывается протекающей сточной  водой и выносится из биофильтра.

По типу загрузочного материала  биофильтры делятся на две категории: с объемной (зернистой) и плоской  загрузкой. В качестве зернистой  загрузки используют щебень, гравий, гальку, шлак, керамзит, керамические и пластмассовые  кольца, кубы, шары, цилиндры и т.п.Плоская  загрузка — это металлические, тканевые и пластмассовые сетки, решетки, блоки, гофрированные листы, пленки т.п., нередко свернутые в рулоны.

Биофильтры с объемной загрузкой подразделяются на капельные, высоконагружаемые, башенные. Капельные  биофильтры наиболее просты по конструкции, загружаются материалом мелких фракций  высотой 1 м и имеют производительность до 1000 м3/сут, на них достигается высокая  степень очистки. В высоконагружаемых  фильтрах применяется больший размер кусков загрузки , а ее высота составляет 2-4 м.

Высота загрузки в башенных биофильтрах достигает 8-16 м. Два  последних вида фильтров применяются  при расходах сточных вод до 50 тыс.м3/сут как для полной, так  и неполной биологической очистки.

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 исходами точной воды.

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

7. 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.

Аэротенки можно классифицировать по следующим признакам:

1. по структуре потока  — аэротенки-вытеснители, аэротенки-смесители  и аэротенки с рассредоточенным  впуском сточной жидкости (промежуточного  типа) рисунок 1;

 
Рисунок 1 — Схемы аэротенков 
а — аэротенк-вытеснитель; б — аэрэтенк-смеситель; в — аэротенкпромежуточно¬го типа; 
1 — сточная вода; 2- возвратный активный ил; 3- аэротенк; 4 — иловая 
смесь.

2. по способу регенерации  активного ила — аэротенки  с отдельно стоящими или совмещенными  регенератов рами ила; 
3.  по нагрузке на активный ил — высоконагружаемые (для неполной очистки), обычные и низконагружаемые (с продленной аэрацией); 
4. по числу ступеней — одно-, двух-, и многоступенчатые; 
5. по режиму ввода сточных вод — проточные, полупроточные, с переменным рабочим уровнем, контактные; 
6. по типу аэрации — с пневматической, механической, комбинированной гидродинамической или пневмомеханической; 
7.по конструктивным признакам — прямоугольные, круглые, комбинированные, шахтные, фильтротенки, флототенки и др.

Аэротенки используются в  чрезвычайно широком диапазоне  расходов сточных вод от нескольких сот до миллионов кубических метров в сутки.

В аэротенках-смесителях воду и ил вводят равномерно вдоль длинных  стен коридора аэротенка. Полное смешение в них сточной воды с иловой смесью обеспечивает выравнивание концентраций ила и скоростей процесса биохимического окисления. Нагрузка загрязнений на ил и скорость окисления загрязнений  практически неизменны по длине  сооружения. Они наиболее пригодны для очистки концентрированных (БПКп до 1000 мг/л) производственных сточных  вод при значительных колебаниях их расхода и концентрации загрязнений. В аэротенках-вытеснителях воду и  ил подают в начало сооружения, а  смесь отводят в конце его. Аэротенк имеет 3-4 коридора. Теоретически режим потока поршневой без продольного  перемешивания. На практике существует значительное продольное перемешивание. Нагрузка загрязне¬ний на ил и скорость окисления изменяются от наибольших значений в начале сооружения до наименьших в его конце. Такие сооружения применяются в том случае, если обеспечивается достаточно легкая адаптация  активного ила. В аэротенках с  рассре доточенной подачей воды по его длине единичные нагрузки на ил уменьшаются и становятся более  равномерными. Такие сооружения используются для очистки смесей промышленных и городских сточных вод.

Работа аэротенка неразрывно связана с нормальной работой  вторичного отстойника, из которого возвратный активный ил непрерывно перекачивается в аэротенк. Вместо вторичного отстойника для отделения ила от воды может  быть использован флотатор.

Основные технологические  схемы очистки в аэротенках приведены  на рисунке 2.

Рисунок 2 — Основные технологические схемы очистки  сточных вод в аэротенках 
а — одноступенчатый аэротенк без регенерации; б — одноступенча¬тыйаэротенк с регенерацией; в — двухступенчатый аэротенк без регенерации; г — двухступенчатый аэротенк с регенерацией;

1 — подача сточной  воды;

2 — азротенк;

3 — выпуск иловой смеси;

4 -вторичный отстойник; 

5 — выпуск очищенной  воды;

6 — выпуск отс¬лоенного  активного ила; 

7 — иловая насосная  станция; 

8 — подача возвратного  активного ила; 

9 — выпуск избыточного  активного ила; 

10 — регенератор; 

11 — выпуск сточных  вод после первой ступени очистки; 

12 — аэротенк второй  ступени; 

13 — регенератор второй  ступени.

 

В одноступенчатой схеме  без регенератора нельзя интенсифицировать  процесс очистки стоков. При наличии  регенератора в нем заканчиваются  процессы окисления и ил приобретает  первоначальные свойства. Двухступенчатая  схема применяется при высокой  исходной концентрации органических загрязнений  в воде, а также при наличии  в воде веществ, скорость окисления  которых резко различается. На первой ступени очистки БПК сточных  вод снижается на 50-70 %.

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, подразделяют на три типа в зависимости от размера  пузырьков воздуха: на мелкопузырчатую (1 — 4 мм), среднепузырчатую (5-10 мм), крупнопузырчатую (более 10 мм), В качестве распределительного устройства для воздуха в мелкопузырчатой  системе аэрации применяются  диффузоры, изготовленные из керамики. Пластмассы, ткани в виде фильтросных  пластин, трубок, куполов. Для получения  среднепуэырчатой аэрации применяют  перфорированные трубы, щелевые  и другие устройства. Крупнопузырчатая аэрация создается открытыми  трубами, соплами и т.п.

Современный аэротэнк —  это гибкое в технологическом  отношении сооружение, представляющее собой железобетонный резервуар  коридорного типа, оборудованный  аэрационной системой. Рабочую глубину  аэротенков принимает от 3 до 6 м, отношение  ширины коридора к рабочей глубине  от 1:1 до 2:1. Для аэротенков и регенераторов  количество секций должно быть не менее  двух; при производительности до 50 тыс.м3/сут  назначается 4-6 секций, при большей  производительности 8-10 секций, все  они рабочие. Каждая секция состоит  из 2-4 коридоров.

8. Окситенки

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 увеличенныммассообменом  кислорода между газовой и  жидкой фазами.

Конструктивная схема  окситенка представлена на рисунке 3. Он представляет собой резервуар, круглой в плане формы с цилиндрической перегородкой, которая отделяет зону аэрации от зоны илоотделения.

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.

Сточная вода поступает в  зону аэрации по трубе. Под воздействием скоростного напора, развиваемого турбоаэратором, иловая смесь через окна поступает  в илоотделитель, в котором жидкость движется по окружности; при этом происходит интенсивное отделение и уплотнения ила. Очищенная вода проходит через  слой взвешенного активного ила, доочищается от различных загрязнений, поступает в сборный лоток  и отводится по трубке. Возвратный активный ил опускается по спирали  вниз и через окна поступает в  камеру аэрации.

Кроме рассмотренных сооружений биологической очистки для этих же целей могут быть использованы погружные биофильтры, аэротенки  с заполнителями, анаэробные биофильтры. В этих сооружениях активный ил частично находится во взвешенном состоянии, а частично — в прикрепленном  к материалу загрузки, т. е. они  занимают промежуточное положение  между аэротенками и биофильтрами.

9. 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 броже¬ния являются: спирты, кислоты, ацетон, газы брожения (СО2, Н2, СН4).

Для очистки сточных вод  используют метановое брожение. Этот процесс очень сложный и многостадийный. Механизм его окончательно не установлен. Считают, что процесс метанового брожения состоит из двух фаз: кислой и щелочной (или метано-вой). В  кислой фазе из сложных органических веществ образуются низшие жирные кислоты, спирты, аминокислоты, аммиак, глицерин, ацетон, сероводород, диоксид углерода и водород. Из этих промежуточных  продуктов в щелочной фазе образуются метан и диоксид углерода. Предполагается, что скорости превращений веществ  в кислой и щелочной фазах одинаковы.