Биологическая очистка сточных вод

После сооружений механической очистки, в которых задерживается до

60 % нерастворенных загрязнений, а также значительная часть (до 30 %) загрязнений органического происхождения, частично очищенная жидкость поступает на сооружения биологической очистки. Биологические методы очистки основаны на использовании жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуют минерализации органических веществ, оставшихся в сточной воде после механической очистки в виде тонких суспензии, коллоидов и в растворе и являющихся для этих микроорганизмов источником питания. Микроорганизмы, для жизнедеятельности которых необходим кислород, называются аэробными, а процесс биохимического окисления с их помощью — аэробным. В результате аэробных биохимических процессов органическая часть загрязнений минерализуется. В итоге полной биологической очистки получается незагнивающая жидкость. Так, в общем случае можно изложить суть биологической очистки сточных вод.

Биологическую очистку ведут либо в условиях, близких к естественным, либо в искусственно созданных условиях.

В первом случае естественную биологическую очистку производят на полях орошения, полях фильтрации или в биологических прудах.

Во втором случае искусственная биологическая очистка производится на таких сооружениях, как биологические фильтры и аэротенки.

Полями орошения называют специально подготовленные земельные участки для приема предварительно очищенных сточных вод с целью их доочистки в естественных условиях с одновременным использованием влаги и удобрительных веществ, содер­жащихся в сточной жидкости для выращивания сельскохозяйственных культур. Сточная жидкость перед подачей на поля орошения должна пройти механическую и полную биологическую очистку.

Размеры карт для полей орошения принимают площадью до 5...8 га. При этом отношение ширины карты к ее длине следует принимать 1:4... 1:5. Оросительная сеть состоит из ма­гистрального канала, разводящих каналов, картовых оросителей и распределительных борозд на картах. В случае необходимости прокладывают дренажные линии (под землей). Нагрузка сточной жидкости зависит от свойств грунтов, вида овощных или полеводческих культур и погодных условий и колеблется в летнее время от 35 до 90 м³/га. В дни, когда полив не требуется, сточная жидкость выпускается в резервные поля фильт­рации, площадь которых должна составлять не менее 25 % от площади полей орошения.

Поля фильтрации являются исключительно очистными сооружениями без выращивания сельскохозяйственных культур. Сточную жидкость перед подачей на поля фильтрации необходимо осветлять в отстойниках для того, чтобы не происходило заиливания почвы.

Сущность процессов биологической очистки на полях фильтрации состоит в том, что при фильтрации сточных вод через почву в верхнем ее слое задерживаются взвешенные и коллоидные вещества, образующие на поверхности частичек почвы густозаселенную микроорганизмами пленку. Эта пленка адсорбирует растворенные органические вещества, находящиеся в сточных водах. Органические вещества поглощаются микроорганизмами в присутствии кислорода, который свободно поступает из воздуха, в результате происходит минерализация органических соединений. Процесс интенсивно протекает в верхних слоях почвы (0,2...0,3 м), куда свободно проникает кислород. На более значительных глубинах процесс минерализации органики затухает, что необходимо учитывать при определении нагрузки на карты.

Конструкция полей фильтрации аналогична конструкции полей орошения. Нормы нагрузки на поля фильтрации зависят от времени года, фильтрационных свойств грунтов и степени их увлажненности. В летнее время эта норма составляет от 80 до 250 м³/га (в зависимости от вида грунта и глубины залегания грунтовых вод).

Очистительные биологические пруды представляют собой искусственно созданные неглубокие водоемы для биологической очистки сточных вод. Глубина прудов от 0,5 до 1 м. Процесс биологической очистки в прудах сходен с процессом самоочищения воды в естественных водоемах.

Площадь прудов определяют по нагрузке, которую принимают в зависимости от концентрации загрязнений отстоенной сточной воды и от времени года.

Биологические фильтры представляют собой фильтры, в которых в качестве загрузки используется шлак, щебень, пластмасса, керамзит и т. п. (рис. 14.4) (для ознакомления, запоминать не надо). Биофильтр является искусственным окислителем органических веществ. По своей конструкции биофильтры делятся на два типа - с естественной подачей воздуха (капельные) и с принудительной подачей (высоконагружаемые); капельные биофильтры рассчитаны на производительность до 1 тыс. м³/сут, высоконагружаемые — до 50 тыс. м³/сут.

При подаче на биофильтр осветленной сточной воды через некоторое время (период адаптации микроорганизмов) в загрузочном материале биофильтра образуется биологическая пленка, способная сорбировать на своей поверхности органические ве­щества сточных вод. Период адаптации может продолжаться 2...3 недели (в зависимости от вида загрязнений и температуры). По мере увеличения толщины пленки нижние ее слои (минерализованные) отмирают и уносятся с биофильтра (с водой). При правильно принятой нагрузке на биофильтр процессы отмирания и нарастания биологической пленки идут параллельно, поэтому заиливания и заболачивания не наблюдается. Рабочая высота капельных биофильтров 1,5...2 м, высоконагружаемых — 2... 4 м.

Кислород, необходимый для жизнедеятельности бактерий (аэробной минерализации) поступает в биофильтр через дренаж, щели, устраиваемые в боковых стенах отверстия и через верхнюю поверхность фильтра. Площадь одного фильтра принимается не более 1400...1500 м².

Аэротенки применяют для биологической очистки бытовых и производственных сточных вод. Аэротенк представляет собой длинный железобетонный резервуар глубиной и шириной 3,6...4,5 м, длиной до 100 м и более, состоящий из двух или более коридоров (секций) (рис. 14.5) (для ознакомления, запоминать не надо). В аэротенке очищаемые сточные воды, смешанные с активным илом, медленно движутся и перемешиваются. Очистка воды здесь основана на том же процессе биохимического окисления органических веществ, что и в биофильтрах. Однако в аэротенках изъятие и окисление органических веществ осуществляет активный ил, состоящий из колоний аэробных микроорганизмов. Для обеспечения микроорганизмов кислородом применяют непрерывную искусственную аэрацию смеси сточных вод и активного ила одним из следующих способов: путем подачи в смесь сжатого воздуха через пористые фильтросные пластины, проложенные на дне аэротенка и обеспечивающие размельчение воздушных пузырьков; путем применения различных механических или гидромеханических перемешивателей-аэраторов, усиливающих поверхностную аэрацию в результате перемешивания и образования глубоких воронок и т. п.

Очищенная сточная жидкость вместе с активным илом направляется из аэротенка во вторичный отстойник, где активный ил отделяется от очищенной сточной жидкости. Часть активного ила (20...40 %) поступает вновь в аэротенки, а остальной («избыточный ил») уплотняется в илоуплотнителях (для уменьшения влажности), после чего направляется на обработку вместе (или отдельно) с осадком из первичных отстойников.

В настоящее время разработано много модификаций аэротенков. Для интенсификации биохимического окисления предложено использовать не воздух, а чистый килород, увеличив при этом в 2...3 раза дозу активного ила. Такое сооружение назвали окситенком. Окислительная мощность окситенков в 5...6 раз выше, чем у аэротенков, а капитальные затраты снижаются в 1,5...2 раза. Окситенки применяют для очистки производственных сточных вод от органических загрязнений высокой концентрации.