 |
Очистка в естественных условиях
|
|
|
|
В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Их отличают сравнительно низкие строительные и эксплуатационные затраты, буферная способ- ность при залповых сбросах сточных вод, колебаниях рН, температу- ры, достаточную степень изъятия из воды биогенных элементов. К не- достаткам относится сезонность работы, низкая скорость окисления загрязнений.
Поля орошения и поля фильтрации относятся к почвенным мето- дам очистки и в зависимости от производительности разделяются на малые средние и крупные.
Почва - это сложный комплекс органических и неорганических веществ, заселенный большим числом различных микроорганизмов. Число бактерий в 1 г почвы достигает сотен миллионов. В почве отсут- ствуют благоприятные условия для развития патогенной микрофлоры, вследствие чего она представляет собой надежный и мощный фактор обезвреживания сточных вод. В результате почвенной очистки одно-
временно решаются две задачи - минерализация органических веществ и обеззараживание.
Очистка на полях орошения и фильтрации используются пре- имущественно для очистки бытовых и городских (смешанных) сточ- ных вод.
Поля орошения являются сельскохозяйственными угодьями, специально предназначенными для очистки сточных вод и одновре- менного выращивания растений. На полях фильтрации очистка про- изводится без участия растений. Они применяются в основном в каче- стве резервных участков для принятия сточных вод, когда невозможна подача воды на поля орошения.
Очистка сточных вод на полях орошения основана на воздейст- вии почвенной микрофлоры, кислорода воздуха, солнца и жизнедея- тельности растений. В очистке сточных вод в той или иной степени участвует активный слой грунта толщиной 1,5-2 м. Минерализация ор- ганического вещества происходит в основном в верхнем полуметровом слое почвы. При этом повышается плодородие почвы, что связано с обогащением почвы нитратами, фосфором и калием. Однако общий солевой состав стоков не должен превышать 4-6 г/л для предотвраще- ния засоления почвы. На полях орошения применяют различные виды распределения очищаемой воды: сплошной залив, залив по бороздам и полосам, дождевание, подпочвенное орошение.
|
|
|
Сточные воды подаются на поля орошения периодически с ин- тервалом 5 дней. В зимний период для местностей с холодной зимой на них производится намораживание сточных вод. Для сбора сточной во- ды, используемой на полях орошения, служат пруды-накопители вме- стимостью, равной шестимесячному накоплению в них воды.
При использовании почвенных методов очистки необходимо учи- тывать тип грунта (тяжелые грунты - глины, суглинки, плотные из- вестняки - исключаются), рельеф местности, уровень залегания грун- товых вод и другие почвенно-климатические условия.
Биологические пруды - искусственно созданные или естествен- ные водоемы, в которых очистка сточных вод идет под воздействием природных процессов самоочищения. Они могут применяться как для самостоятельной очистки, так и для глубокой доочистки сточных вод, прошедших биологическую очистку. Представляют собой неглубокие водоемы (0,5-1 м), хорошо прогреваемые солнцем и заселенные вод- ными организмами.
В процессах, протекающих в биопрудах, наблюдается полный природный цикл разрушения органических загрязнений. Воздействие на работу прудов различных факторов может создавать в них как
аэробные, так и аэробно-анаэробные условия. Пруды, постоянно рабо- тающие в аэробных условиях, называются аэрируемыми, а пруды с пе- ременными условиями - факультативными.
|
|
|
Аэробные условия в прудах могут поддерживаться либо за счет естественного поступления кислорода из атмосферы и фотосинтеза, либо за счет принудительной подачи воздуха в воду. Поэтому разли- чают пруды с естественной и искусственной аэрацией. Время пребыва- ния воды в прудах с естественной аэрацией составляет от 7 до 60 су- ток. Вместе со сточными водами из вторичных отстойников выносится активный ил, который является посевным материалом. Эффективность очистки в прудах определяется временем года, в холодный период она резко снижается.
Пруды с искусственной аэрацией имеют значительно меньший объем и требуемая степень очистки в них обычно достигается за 1-3 суток. Аэрирующие устройства могут быть механического и пневма- тического типа. Существуют разные варианты устройства прудов: се- рийные или каскадные и непроточные. Как правило, устраивают от двух до пяти последовательно работающих секций, из которых по- следняя предназначена для отделения ила.
В биологических прудах необходимо присутствие водных расте- ний, которые оказывают благоприятное влияние на процесс очистки. Иногда в последних ступенях серийных прудов разводят рыбу, что по- зволяет избежать образования ряски.
В непроточные пруды сточная вода подается после отстаивания и разбавления. Продолжительность пребывания воды в них составляет 20-30 суток. Качество очистки в непроточных прудах выше, чем в се- рийных.
В зимнее время пруды обычно опорожняются и могут быть ис- пользованы как накопители. Один раз в два-три года рекомендуется производить перепашку дна и посадку растительности.
Биологические пруды обладают небольшой стоимостью строи- тельства и невысокими эксплуатационными расходами, в то же время они отличаются низкой окислительной способностью, сезонностью ра- боты, большой занимаемой площадью, неуправляемостью, наличием застойных зон, трудностью чистки.
Очистка в биофильтрах
Биофильтры - искусственные сооружения биологической очист- ки - представляют собой круглые или прямоугольные в плане соору- жения из кирпича или железобетона, загруженные фильтрующим ма-
териалом, на поверхности которого развивается биопленка. Сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытой пленкой из микроор- ганизмов, за счет жизнедеятельности которых осуществляется очистка. Отработанная (омертвевшая) биопленка смывается протекающей сточ- ной водой и выносится из биофильтра.
|
|
|
По типу загрузочного материала биофильтры делятся на две кате- гории: с объемной (зернистой) и плоской загрузкой. В качестве зерни- стой загрузки используют щебень, гравий, гальку, шлак, керамзит, ке- рамические и пластмассовые кольца, кубы, шары, цилиндры и т.п. Плоская загрузка - это металлические, тканевые и пластмассовые сет- ки, решетки, блоки, гофрированные листы, пленки и 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 вы- сотой 1-2 м и имеют производительность до 1000 м3/сут, на них дости- гается высокая степень очистки. В высоконагружаемых фильтрах (рис.17.1) применяется больший размер кусков загрузки, а ее высота составляет 2-4 м. Высота загрузки в башенных фильтрах достигает 8- 16 м. Два последних вида фильтров применяются при расходах сточ- ных вод до 50 тыс.м3/сут как для полной, так и неполной биологиче- ской очистки.
Биологические фильтры с плоской загрузкой обладают значи-
тельно более высокой окислительной способ- ностью, чем фильтры с объемной загрузкой. Окислительная способ- ность - это скорость рас- творения кислорода в процессе аэрации пол- ностью обескислоро- женной воды при атмо- сферном давлении и
Рис.17.1. Высоконагружаемый биофильтр
1 - подача воды; 2 - реактивный ороситель; 3 -
слой загрузки; 4 - дренаж; 5 - отводящий лоток
акций окисления загрязнений (г О2/(м3ч)).
температуре 20 оС
(г О2/ч)); к ней близко понятие окислительной мощности - скорости ре-
Промежуточное положение между аэротенками и биофильтрами
занимают погружные биофильтры и биотенки-биофильтры.
Погружные (дисковые) биофильтры представляют собой резерву- ар, в котором имеется вращающийся вал с насаженными на него дис- ками, попеременно контактирующими со сточной водой и воздухом. Размер дисков 0,5-3 м, расстояние между ними 10-20 мм, они могут
|
|
|
быть металлическими, пластмас- совыми и асбестоцементными, число дисков на валу от 20 до
200. Биотенк-биофильтр (рис. 17.2) представляет собой корпус, в котором заключены лотковые элементы загрузки, располо- женные в шахматном порядке. Эти элементы орошаются сверху водой, которая наполняя их сте-
Рис.17.2. Биотенк-биофильтр
1 - корпус; 2 - элементы загрузки
кает через края вниз. На наруж- ных поверхностях элементов об- разуется биопленка, внутри - биомасса, напоминающая актив-
ный ил. Конструкция обеспечивает высокую производительность и эффективность очистки.
По принципу поступления воздуха в толщу аэрируемой загрузки биофильтры могут быть с естественной и принудительной аэрацией.
В пусковой период биологических фильтров на кусках загрузки выращивается биологическая пленка. Основным агентом этой пленки является микробное население. Микроорганизмы биопленки исполь- зуют органические примеси сточных вод как источники питания и ды- хания, при этом масса биопленки увеличивается. По мере увеличения толщины пленки происходит ее отмирание и смыв протекающей сточ- ной водой. Очищенная в биофильтре вода вместе с частицами отмер- шей биопленки поступает во вторичный отстойник. Рециркуляцию биологически активного материала обычно не предусматривают, что обусловлено высокой удерживающей способностью сооружения массы биопленки.
При поступлении сточных вод с БПКn ³ 300 мг/л во избежание частого заиливания поверхности биофильтра предусматривается ре- циркуляция - возврат части очищенной воды для разбавления исходной сточной воды. Рециркуляция очищенной воды увеличивает содержание растворенного кислорода в смеси, поддерживается более равномерная гидравлическая нагрузка, выравнивается концентрация биопленки по высоте сооружения. Однако при этом возрастает потребность в объе-
мах отстойников, увеличивается расход энергии на перекачивание во- ды.
Распределение сточных вод по поверхности биофильтра произво- дится стационарными разбрызгивающими оросителями (спринклера- ми) или вращающимися реактивными оросителями с циклической по- дачей воды в течение 5-10 минут.
Применение биофильтров ограничивается возможностью их заи- ливания, снижением окислительной мощности в процессе эксплуата- ции, появлением неприятных запахов, трудностью равномерного на- ращивания пленки.
Очистка в аэротенках
Аэробная биологическая очистка больших объемов сточных вод осуществляется в аэротенках - железобетонных аэрируемых сооруже- ниях со свободно плавающим в объеме обрабатываемой воды актив- ными 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 (проме- жуточного типа) (рис.17.3); 2) по способу регенерации активного ила - аэротенки с отдельно стоящими или совмещенными регенераторами ила; 3) по нагрузке на активный ил - высоконагружаемые (для непол- ной 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 рабо- чим уровнем, контактные; 6) по типу аэрации - с пневматической, ме- ханической, комбинированной гидродинамической или пневмомеха- нической; 7) по конструктивным признакам - прямоугольные, круглые, комбинированные, шахтные, фильтротенки, флототенки и др.
Рис. 17.3. Схемы аэротенков: а - аэротенк-вытеснитель; б - аэротенк- смеситель; в - аэротенк с рассредоточенной подачей воды
Аэротенки используются в чрезвычайно широком диапазоне рас- ходов сточных вод от нескольких сот до миллионов кубометров в су- тки.
В аэротенках-смесителях нагрузка на ил и скорость окисления загрязнений практически неизменны по длине сооружения. Они наибо- лее пригодны для очистки концентрированных (БПКп до 1000 мг/л) производственных сточных вод при значительных колебаниях их рас- хода и концентрации загрязнений. В аэротенках-вытеснителях на- грузка загрязнений на ил и скорость их окисления изменяются от наи- больших 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 рассредо- точенной подачей воды по его длине единичные нагрузки на ил уменьшаются и становятся равномерными. Такие сооружения исполь- зуются для очистки смесей промышленных и городских сточных вод.
Работа аэротенка неразрывно связана с нормальной работой вто- ричного отстойника, из которого возвратный активный ил непрерывно перекачивается в аэротенк. Вместо вторичного отстойника для отделе- ния ила от воды может быть использован флотатор.
 |
Рис.17.4. Основные технологические схемы очистки сточных вод в аэротенках: а - одноступенчатый аэротенк без регенерации; б - то же с регенерацией; в - двухступенчатый аэротенк без регенерации; г - то же с регенерацией
1 - аэротенки; 2 - вторичные отстойники; 3 - иловые насосные станции; 4 - ре- генераторы I ступени; 5 - аэротнки П ступени; 6 - регенератор П ступени
Основные технологические схемы очистки воды в аэротенках приведены на рис.17.4.
В одноступенчатой схеме без регенератора нельзя интенсифици- ровать процесс очистки стоков. При наличии регенератора в нем за- канчиваются процессы окисления и ил приобретает первоначальные
свойства. Одноступенчатые схемы без регенерации ила применяют при БПКп £ 150 мл/л, с регенерацией - БПКп > 150 мг/л. Двухступенчатая схема используется при высокой исходной концентрации органических загрязнений в воде, а также при наличии в воде веществ, скорость окисления которых резко различается. На первой ступени очистки БПКп сточных вод снижается на 50-70 %.
Для обеспечения нормального хода процесса биологического
окисления в аэротенк необходимо непрерывно подавать воздух.
Система аэрации представляет собой комплекс сооружений и специального оборудования, обеспечивающего снабжение жидкости кислородом, поддержание ила во взвешенном состоянии и постоянное перемешивание сточной воды с илом. Для большинства типов аэротен- ков система аэрации обеспечивает одновременное выполнение этих функций. По способу диспергирования воздуха в воде на практике применяются следующие системы аэрации: пневматическая, механиче- ская, пневмомеханическая и струйная. В нашей стране большее рас- пространение получила пневматическая система аэрации.
При механической аэрации перемешивание осуществляется ме- ханическими устройствами (мешалками, турбинками, щетками и т.п.), которые обеспечивают дробление струй воздуха, вовлеченного непо- средственно из атмосферы вращающимися частями аэратора (рото- ром). Наиболее широко в практике водоочистки распространены аэра- торы поверхностного типа.
Пневматическую аэра ц ию, при которой воздух нагнетается в аэротенках под давлением (по магистральным и распределительным трубопроводам), подразделяют на три типа в зависимости от размера пузырьков воздуха: на мелкопузырьчатую (1-4 мм), среднепузырьча- тую (5-10 мм), крупнопузырьчатую (более 10 мм). В качестве распре- делительного устройства для воздуха (диспергатора) в мелкопузырьча- той системе аэрации применяются диффузоры, изготовленные из по- ристых керамики, пластмассы, ткани в виде фильтросных пластин, трубок, куполов. Для получения среднепузырьчатой аэрации применя- ют перфорированные трубы, щелевые и другие устройства. Крупнопу- зырьчатая аэрация создается открытыми трубами, соплами и т.п. Наи- большее распространение получили фильтросные пластины и перфо- рированные трубы. Фильтросы размещают на дне аэротенка с одной или двух сторон и заделывают в железобетонные каналы или в метал- лические обоймы. Средний размер пор в фильтросах составляет 100 мкм. Пористые трубы удобнее для монтажа, их легче сменить. Фильт- росы чувствительны к загрязнениям, требуют тщательной заделки,
оказывают большое сопротивление прохождению воздуха, однако хо- рошо перемешивают воду и насыщают ее кислородом.
Пневмомеханические аэраторы применяются в тех случаях, ко- гда требуется интенсивное перемешивание и высокая окислительная мощность. В этих аэраторах сжатый воздух подается через аэрацион- ное кольцо с большими отверстиями и разбивается на мелкие пузырьки находящейся над этим кольцом мешалкой. Это способствует увеличе- нию степени использования кислорода и уменьшению энергозатрат.
Струйная (эжекторная) система аэрации основана на смешении и обмене энергией двух имеющих разное давление потоков, один из которых рабочий, с образованием смешанного потока с промежуточ- ным давлением. При подаче с повышенной скоростью рабочей жидко- сти через сопло в камеру смешения обеспечивается разрежение, что вызывает подсос (эжекцию) атмосферного воздуха через специальный патрубок. Компактная струя жидкости, соударяясь с воздушным пото- ком, диспергирует воздух, водовоздушная смесь плавно снижает свою скорость, а жидкость насыщается кислородом.
Современный аэротенк - это гибкое в технологическом отноше- нии сооружение, представляющее собой железобетонный резервуар коридорного типа, оборудованный аэрационной системой. Рабочую глубину аэротенков принимают от 3 до 6 м, отношение ширины кори- дора к рабочей глубине от 1:1 до 2:1. Для аэротенков и регенераторов количество секций должно быть не менее двух; при производительно- сти до 50 тыс.м3/сут назначается 4-6 секций, при большей производи- тельности 8-10 секций, все они рабочие. Каждая секция состоит из 2-4 коридоров.
Типовой четырехкоридорный аэротенк с пневматической систе- мой аэрации представлен на рис.17.5.
Аэротенки-вытеснители - длинные коридорные сооружения, в которых вода и активный ил подаются в начало сооружения, а иловая смесь отводится в конце его. При этом практически не происходит пе- ремешивание поступающей воды с ранее поступившей. Такие аэротен- ки состоят из нескольких коридоров и могут быть со встроенным реге- нератором и без него. Длина таких аэротенков достигает 50-150 м и объем от 1,5 до 30 тыс.м3. В большой степени режиму вытеснения со- ответствуют конструкции аэротенков ячеистого типа. Они представ- ляют собой прямоугольные в плане сооружения, разделенные на ряд отсеков поперечными перегородками. Смесь из первого отсека посту- пает во второй (снизу), из второго в третий переливается через перего- родку (сверху) и т.д. В каждой ячейке устанавливается режим полного смешения, а сумма ряда последовательно расположенных смесителей
составляет практически идеальный вытеснитель. При этом предотвра- щается возвратное движение воды, отсутствует продольное перемеши- вание.
 |
Рис.17.5. Типовой четырехкоридорный аэротенк
1 - воздуховоды; 2 - стояки; 3 - фильтросные каналы
Сточная вода и ил в аэротенках-смесителях подводится и отво- дится равномерно вдоль длинных сторон сооружения. Считается, что поступающая смесь очень быстро (в расчетах мгновенно) смешивается с содержимым всего аэротенка. Это позволяет равномерно распреде- лять органические загрязнения и растворенный кислород и обеспечи- вать работу сооружения при постоянных условиях и высоких нагруз- ках. Ширина коридора аэротенка-смесителя составляет 3-9 м, число коридоров 2-4, длина до 150 м.
По сравнению с аэротенками-вытеснителями в аэротенках- смесителях высокая остаточная концентрация примесей в очищенной воде. Поэтому их целесообразно применять для очистки концентриро- ванных сточных вод на первой ступени, а аэротенки-вытеснители - на второй ступени.
Аэротенки – смесители могут быть сблокированы со вторичными отстойниками и выполнены отдельно от них. Аэротенки-отстойники (аэроакселаторы) компактны, позволяют увеличить рециркуляцию иловой смеси без применения специальных насосных станций, улуч- шить кислородный режим отстойника и повысить дозу ила до 3-5 г/л, соответственно увеличив окислительную мощность.
Аэротенки промежуточного типа совмещают элементы аэро- тенков-вытеснителей и аэротенков-смесителей. К ним относятся аэро- тенки с рассредоточенной подачей воды и сосредоточенной подачей активного ила, а также каскад аэротенков-смесителей. В них создаются условия для более высокой средней концентрации активного ила, чем в
аэротенках-вытеснителях, и обеспечивается более высокое качество очистки, чем в аэротенках-смесителях. Выполняются они в виде двух- или четырехкоридорных сооружений. Капитальные затраты на строи- тельство таких аэротенков снижаются не менее чем на 15 % по сравне- нию с рассмотренными выше, при этом сохраняется высокое качество очистки.
Окситенки предназначены для биохимической очистки сточных вод, где вместо воздуха применяется технический кислород. Благодаря этому создаются условия для повышения дозы активного ила (до 6- 10 г/л), снижаются энергозатраты на аэрацию, увеличивается окисли- тельная мощность (в 5-10 раз выше, чем у аэротенков), эффективность использования кислорода составляет 90-95 %.
 |
Типовые схемы биохимической очистки включают, как правило, целый ряд установок по усреднению стоков, их механической очистки, собственно сооружения биологической очистки, устройства для приго- товления и дозирования реагентов, доочистки сточных вод и обработки осадков. Схемы могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми.
Рис.17.6. Схема совместной очистки производственных и бытовых сточных вод
1 - решетки; 2 - песколовки; 3 - первичные отстойники; 4 - аэротенк; 5 - регене- ратор; 6 - вторичные отстойники; 7 - смеситель; 8 - контактный резервуар; 9 - илоуплотнители; 10 - насосная станция; 11 - метантенки; 12 - площадки для обезвоживания сброженного осадка; 13 - котельная
На рис.17.6 приведена схема биохимической очистки бытовых и про- изводственных сточных вод.
По приведенной схеме осуществляется совместная очистка про- мышленных и бытовых сточных вод. При такой очистке процесс про- текает более устойчиво и полно, т.к. бытовые стоки содержат биоген- ные элементы, а также разбавляют производственные сточные воды. Сточные воды, предварительно очищенные на сооружениях механиче- ской очистки, направляются на биологическую очистку в аэротенках с
регенераторами. Выделенный во вторичных отстойниках активный ил делится на два потока: циркулирующий с помощью насосной станции перекачивается в регенератор, а затем в аэротенк, избыточный посту- пает на осветление в первичные отстойники. Очищенная вода хлориру- ется и направляется в водоем или возвращается в производство. Выде- ленный осадок обрабатывается в метантенках и обезвоживается на иловых площадках. Выделяющийся при сбраживании газ идет на сжи- гание в котельную.
АНАЭРОБНЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ
Для обезвреживания осадков сточных вод и предварительной очистки концентрированных сточных вод может использоваться про- цесс анаэробного сбраживания. В зависимости от конечного вида про- дукта различают следующие виды брожения: спиртовое, пропионово- кислое, молочнокислое, метановое и др. Конечными продуктами бро- жения являются спирты, кислоты, ацетон, газы брожения (СО2, Н2, СН4).
Для очистки сточных вод используют метановое брожение. Про-
цесс этот сложен и состоит из многих стадий, в метановом брожении различают две фазы. В первой фазе брожения (кислой) расщепляются сложные органические вещества с образованием органических кислот, а также спиртов, аммиака, ацетона, Н2S, СО2, Н2 и др., в результате че- го сточные воды подкисляются до рН=5-6. Затем под действием мета- новых бактерий (щелочная фаза) кислоты разрушаются с образованием СН4 и СО2. Считается, что скорости превращения в обеих фазах одина- ковы. В среднем степень распада органических соединений составляет 40 %.
Процессы метанового брожения осуществляют в метантенках -
герметически закрытых резер- вуарах, оборудованных при- способлениями для ввода об- рабатываемого и отвода сбро- женного осадка. Схема метан- тенка приведена на рис.17.7.
Процессы сбраживания ведут в мезофильных (30- 35 оС) и термофильных (50- 55 оС) условиях. В термофиль- ных условиях разру-шение ор-
Рис.17.7. Метантенк
1 - корпус; 2 - труба; 3 - мешалка;
4 -змеевик.
ганических соеди-нений происходит более интенсивно. Метантенк пред-ставляет собой железобе-тонный резервуар с коничес-ким дни- щем, снабженный устройством для улавливания и отвода газа, а также оборудованный подогревателем и мешалкой. Применяются мета- нтенки диаметром до 20 м и полезным объемом до 4000 м3.
Процесс брожения сточных вод ведут в две ступени. При этом часть осадка из второго метантенка возвращается в первый, где обес- печивается хорошее перемешивание. При сбраживании выделяются газы со средним содержанием СН4 - 63-65 %, СО2 - 32-34 %. Тепло- творная способность газа 23 МДж/кг, он сжигается в топках паровых котлов. Полученный при этом пар используется для нагрева осадков в метантенках или для других целей.
|
|
|
