Полная биологическая очистка бытовых и производственных стоков

В современных городах сточные воды промышленных предприятий поступают в городскую канализацию. Поэтому на очистные сооружения поступают обычно смешанные стоки.

Полная биологическая очистка представляет собой комплекс очистных сооружений, в которых сточные воды последовательно подвергаются механической и биологической очистке, а также дезинфекции перед спуском ее в водоем. В каждом сооружении в процессе очистки образуется осадок, поэтому в технологическую схему обязательно включаются сооружения для обработки осадка.

Технологическая схема полной биологической очистки представлена на рис.

Рис. Схема полной биологической очистки (Исправить)

Механическая очистка должна обеспечивать удаление из стоков нерастворимых примесей, которые могут быть осадимыми или всплывающими, смешение сточных вод. Она производится на решетках, песколовках и первичных отстойниках.

Решетка служит для задержания крупных веществ органического и минерального происхождения (тряпки, бумага, остатки продуктов). Снимаемые с решетки отбросы передаются транспортером в дробилку для измельчения, откуда сбрасываются в поток сточной жидкости.

Песколовка служит для выделения при медленном движении тяжелых минеральных загрязнений: песок, шлак. Она работает по принципу отстойников горизонтального или вертикального типа. Песок из песколовок транспортируется по трубопроводам с большим объемом воды, поэтому его надо обезвоживать, для этого устраивают песковые площадки. Иногда используют песковые бункера для хранения песка в течение 1,5÷9 суток. Для промывки этого песка применяют напорные гидроциклоны.

В первичном отстойнике идет осаждение органических примесей. Применение песколовок перед отстойниками необходимо для того, чтобы органический осадок отстойников можно было направлять на биологическую очистку в метантенки для сбраживания.

Отстойники по назначению разделяются на первичные и вторичные. Первичные размещаются перед аэротенками или биофильтрами (сооружениями биологической очистки), вторичные – после них. Осветление происходит при медленном движении. По направлению движения воды они бывают вертикальные и горизонтальные. Разновидностью горизонтальных отстойников являются радиальные. Они применяются при больших расходах сточных вод - более 20 тыс. м³/сут.

Хлораторная установка с контактным резервуаром служит для обеззараживания воды хлором. Для полного обеззараживания необходим 30- минутный контакт воды с хлором, что происходит в контактном резервуаре.

Осадок из отстойников направляют для сбраживания в метантенк.

Метантенк – это герметичный железобетонный цилиндрический резервуар с коническим днищем и купольным перекрытием. В нем в анаэробных условиях, без доступа воздуха, происходит расщепление сложных органических веществ с выделением дурнопахнущих газов, метана, сероводорода, углекислоты, аммиака. Для этого осадок подогревают до 33 ºС (мезофильное брожение) или до 53 ºС (термофильное брожение). При этих температурах процесс расщепления происходит за 5 – 12 дней. Подогрев производится острым паром, подаваемым через инжектор, или горячей водой с температурой 60 ºС, которая циркулирует по змеевикам, уложенным внутри метантенка. Перемешивание осадка осуществляется насосами или специальными мешалками. Поверхность бродящей массы всегда выше основания горловины. Уменьшение поверхности свободного зеркала увеличивает интенсивность газовыделения на единицу площади, что способствует разбиванию корки. Сбраживание сопровождается выделением газов (8 – 15 м³ на 1 м³ загружаемого осадка). Газ состоит примерно на 67% из метана. Он собирается в специальных газовых колпаках и используется для сжигания.

Сброженный осадок из метантенков направляется на иловые площадки для обезвоживания. Он может быть использован для удобрения на полях.

Основными аппаратами биологической очистки являются биофильтры и аэротенки.

Механизм потребления органического вещества микроорганизмами условно можно разделить на 3 стадии:

1) массопередача органического вещества и растворенного кислорода из жидкости к поверхности клетки;

2) диффузия вещества через полупроницаемые мембраны клеток;

3) окисление продуктов диффузии с выделением энергии и синтезом клеточного вещества.

Микроорганизмы быстро размножаются и поэтому имеют большую скорость потребления загрязнений. На интенсивность биологической очистки зависит от количества кислорода в воде, температуры, концентрации сточных вод, рН и т.д.

Биологические методы очистки могут протекать в естественных и искусственных условиях. К методам естественной биологической очистки относятся поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды. К искусственным методам относятся биофильтры, аэротенки, окситенки. Анаэробные условия поддерживаются в метантенках или септиках и двухъярусных отстойниках.

Поля орошения представляют собой спланированные и специально подготовленные участки земли, которые периодически заливаются сточными водами. В верхнем слое земли развивается микробиальная жизнь. На частицах земли образуется микропленка, микроорганизмы которой минерализуют органику. Кислород поступает в почву из воздуха. Поля фильтрации служат только для очистки сточных вод и выращивания технических сельскохозяйственных культур. На таких полях нельзя выращивать овощи, употребляемые в пищу в сыром виде. Сюда же относятся биологические пруды – искусственные водоемы небольшой глубины 0,5-1 м, что обеспечивает хороший прогрев и перемешивание воды.

В биофильтрах стоки фильтруются через загрузочный материал, покрытый биопленкой. Есть загрузка (шлак, гравий, керамзит), есть верхнее распределительное устройство. Загрязненная вода оставляет органические загрязнения на биопленке. Микроорганизмы часть органических веществ используют как пластический материал для увеличения своей массы. В то же время увеличивается масса активной биопленки в теле фильтра. Отработанная и омертвевшая биопленка смывается протекающей водой и выносится из фильтра. Воздух поступает в толщу загрузки путем естественной или искусственной вентиляции.

Аэротенки. На станциях большой производительности вместо биофильтров используются аэротенки. Их выполняют в виде длинных железобетонных резервуаров глубиной 3-6 м и шириной 6-10 м. Сточная вода на входе в аэротенк смешивается с активным илом и движется по коридорам аэротенка. По всей длине смесь продувается воздухом, поступающим от компрессорной станции. Микроорганизмы сорбируют на своей поверхности органические вещества и в присутствии кислорода окисляют их. Из аэротенка смесь стоков с илом направляется во вторичный отстойник, где активный ил оседает. В результате роста микроорганизмов масса ила непрерывно возрастает. Поэтому насосная станция перекачивает избыточный ил из вторичного отстойника в илоуплотнители, а затем в метантенк. Циркулирующий активный ил возвращается в аэротенк. Общая продолжительность очистки составляет 6-8 часов для бытовых сточных вод.

Процесс окисления органических веществ протекает в 3 фазы. В начале загрязнения сорбируются на активном иле и частично окисляются. Загрязнения извлекаются из воды примерно в течение 2 часов. На второй стадии окисляются трудноокисляемые вещества, и активный ил регенерируется, т.е. восстанавливается его сорбционная способность. Скорость потребления кислорода несколько снижается. На третьей стадии идет превращение азота аммонийных солей в нитриты и нитраты. При этом скорость потребления кислорода возрастает. В связи с этим можно разделить сооружение на две части в соответствие с фазами окисления. Например, если стоки можно спустить в водоем без полной очистки, то аэротенк рассчитывается на пребывание в нем воды в соответствие с первой фазой, а вторая и третья фаза проходят в отдельных регенераторах, где окисляются загрязнения, задержанные на активном иле, и ил находится в них более длительное время. В аэротенке поддерживается обычная нагрузка на ил, а в регенераторе она повышается. Таким образом, средняя нагрузка на ил возрастает, и сооружение работает более производительно. Нагрузка на ил – это количество извлеченных загрязнений по БПК на 1 грамм ила.

Аэротенк-вытеснитель. В нем повышенная концентрация загрязнений в начале аэротенка обеспечивает увеличение скорости из окисления. Изменение состава воды по длине аэротенка затрудняет регенерацию ила и снижает его активность.

В аэротенках- смесителях воздух и ил подают равномерно вдоль длинных сторон-коридоров, что обеспечивает выравнивание скорости окисления по длине аэротенка. При подаче воздуха в аэротенк применяют пневматическую аэрацию или механическую аэрацию.

Аэротенки с рассредоточенной подачей воды: ее подают в нескольких точках по длине аэротенка, а отводят в конце. Этим достигается выравнивание скорости потребления кислорода по длине аэротенка.

Аэротенки экономичны, удобны в эксплуатации даже при повышенных концентрациях загрязнений, поэтому они получили широкое распространение.

Окситенки. Если вместо воздуха используется кислород или воздух, обогащенный кислородом, то аппараты называются окситенками. Отличием является возможность повышения концентрации ила в связи с увеличением массообмена кислорода между газом и жидкой фазой. Окислительная способность возрастает в 5-10 раз по сравнению с аэротенками.