Очистка сточных вод

   В почве полей орошения находятся бактерии, актиномицеты, дрожжи, грибы, водоросли, простейшие и беспозвоночные животные. [4] Сточные воды содержат в основном бактерии. В смешанных биоценозах активного слоя почвы возникают сложные взаимодействия микроорганизмов симбиотического и конкурентного порядка.                                                    

   Количество микроорганизмов в почве земледельческих полей орошения зависит от времени года. Зимой количество микроорганизмов значительно   меньше, чем летом.

   Если на полях не выращиваются сельскохозяйственные культуры и они предназначены только для биологической очистки сточных вод, то они называются полями фильтрации. Земледельческие поля орошения после биологической очистки сточных вод, увлажнения и удобрения используют для выращивания зерновых и силосных культур, трав, овощей, а также для посадки деревьев и кустарников.

   Сточные воды подаются на поля орошения периодически с интервалом 5 дней. В зимний период для местностей с холодной зимой на них производится намораживание сточных вод. Для сбора сточной воды, используемой на полях орошения, служат пруды-накопители вместимостью, равной шестимесячному накоплению в них воды. [2]

   В процессе  биологической очистки сточные воды проходят через  фильтрующий слой  почвы, в    котором    задерживаются взвешенные и коллоидные частицы, образуя в порах грунта микробиальную пленку. Затем образовавшаяся пленка адсорбирует коллоидные частицы и растворенные в сточных водах вещества. Проникающий из воздуха в поры кислород окисляет органические вещества, превращая их в минеральные соединения. В глубокие слои почвы проникание кислорода затруднено, поэтому наиболее интенсивное окисление происходит в верхних слоях почвы (0,2—0,4 м). При недостатке кислорода в прудах начинают преобладать анаэробные  процессы.

Поля орошения лучше устраивать на песчаных, суглинистых и черноземных  почвах. Грунтовые воды должны быть не выше 1,25 м от поверхности. Если грунтовые  воды залегают выше этого уровня, то необходимо устраивать дренаж. [25]

   Часть территории земледельческого поля орошения отводят под резервное поле фильтрации, так как некоторые периоды года не допускают   выпуск сточной воды на поля орошения.

   Очистка сточных вод с одновременным их использованием для орошения и удобрения может быть проведена по разным вариантам схем (рис. 2).

   Вариант 1. Сточные воды после механической очистки поступают в пруды-накопители, а затем по каналу — в пруды-испарители и на поля орошения.

   Вариант 2. Сточные воды после физико-химической очистки направляют в биологические пруды, затем на поля орошения или сначала вас поля фильтрации, а потом на поля орошения.

   Вариант 3. Сточные воды после механической, физико-химической и биохимической очистки направляют на поля орошения, а в неполивной период сбрасывают в водоем.

1— сооружения механической  очистки; 2 — сооружения физико-химической очистки; 3 — сооружения биохимической очистки; 4 — пруды - илоуплотнители или биологические пруды; 5 — отводной канал;

6 — пруд-испаритель; 7 —поля фильтрации; 8 — земледельческие поля орошения

 

Рис.2 - Варианты естественной биохимической очистки сточных вод

     В последнее   время широкое распространение получило подпочвенное   орошение сточными водами, распределяемыми через трубчатые асбестоцементные или полиэтиленовые трубчатые увлажнители. Такое орошение позволяет наиболее полно использовать удобрительные свойства сточных вод, автоматизировать процессы полива и обеспечить санитарно-гигиенические требования.

   Биологические пруды - искусственно созданные или естественные 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 водными 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 работающие в аэробных условиях, называются аэрируемыми, а пруды с переменными 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 различают пруды с естественной и искусственной аэрацией. Время пребывания воды в прудах с естественной аэрацией составляет от 7 до 60 суток. 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 пневматического типа. Существуют разные варианты устройства прудов: серийные или каскадные и непроточные. Как правило, устраивают от двух до пяти последовательно работающих секций, из которых последняя предназначена для отделения ила.[25]

   В биологических прудах необходимо присутствие водных растений, которые оказывают благоприятное влияние на процесс очистки. Иногда в последних ступенях серийных прудов разводят рыбу, что позволяет 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 серийных.

   В зимнее время пруды обычно опорожняются и могут быть использованы 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. [4]

   1.1.4.5 Очистка в искусственных условиях

   В искусственных условиях очистку   проводят в аэротенках или биофильтрах.

   Полный процесс очистки сточных вод от органических биоразлагаемых веществ в аэротенке складывается из нескольких стадий. Первая стадия - адсорбция загрязняющих веществ активным илом — эта самая быстрая стадия, она длиться около 30 минут, следующие две стадии - биодеградация легко- и трудноокисляемых адсорбированных веществ - последние окисляются в течение 8-24 часов; заключительная стадия - восстановление начальной активности ила. После окончания процесса адсорбции сточная вода в основном очистилась от загрязняющих веществ, но микроорганизмы активного ила продолжают биохимическое окисление адсорбированных веществ, то есть происходит восстановление биохимической активности ила - процесс регенерации. Процесс регенерации можно проводить непосредственно в аэротенке или в отдельном сооружении - регенераторе, который конструктивно, как правило, не отличается от аэротенка. [3]

   Аэротенками называют железобетонные аэрируемые резервуары. Процесс очистки в аэротенке идет по мере протекания через него аэрированной смеси сточной воды и активного ила (рис.3). Аэрация необходима для насыщения воды кислородом и поддержания ила во взвешенном состоянии. [1]

                                                

1 — первичный отстойник; 2  — предаэратор; 3 — аэротенк; 4 — регенератор; 5 — вторичный отстойник

Рис. 3 - Схема  установки для биологической очистки

 

   Сточную воду направляют в отстойник, куда для улучшения осаждения взвешенных частиц можно подавать часть избыточного ила. Затем осветленная вода поступает в предаэратор - усреднитель, в который направляют часть избыточного ила из вторичного отстойника. Здесь сточные воды предварительно аэрируются воздухом в течение 15—20 мин. В случае необходимости в предаэратор могут быть введены нейтрализующие добавки и питательные вещества. Из усреднителя сточную воду подают в аэротенк, через который циркулирует и активный ил.

   Аэротенк представляет собой открытый бассейн, оборудованный устройствами для принудительной аэрации. Они бывают двух-, трех- и четырёхкоридорные. Глубина аэротенков 2— 5 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 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.

   Типовой четырехкоридорный аэротенк с пневматической системой аэрации представлен на рис. 4.

        

1 - воздуховоды; 2 - стояки; 3 - фильтросные каналы

. Рис. 4 - Типовой четырехкоридорный аэротенк

   Аэротенки подразделяются по следующим основным признакам:

1) по гидродинамическому  режиму — на аэротенки - вытеснители, аэротенки - смесители и аэротенки промежуточного типа (с рассредоточенным вводом сточных вод);

2) по способу регенерации активного ила — на аэротенки с отдельной регенерацией и аэротенки без отдельной регенерации;

3) по нагрузке на  активный ил — на высоконагружаемые (для неполной очистки), обычные и низконагружаемые (с продленной аэрацией);          

4) по количеству ступеней — на   одно-,    двух-    и   многоступенчатые;

5) по режиму ввода  сточных вод — на проточные,  полупроточ-ные, с переменным  рабочим уровнем и контактные;

6) по конструктивным признакам.

   Наиболее распространены коридорные аэротенки, работающие как вытеснители, смесители и с комбинированными режимами.

   Схемы аэротенков с различной структурой потоков сточной воды и возвратного активного ила показаны на рис. 5.

    а — аэротенк-вытеснитель;  б — аэротенк-смеситель;   в — аэротенк с рассредоточенной  подачей сточной воды

Рис. 5 - Аэротенки с различной структурой потоков сточной воды и возвратного активного ила

 

   В аэротенках-вытеснителях воду и ил подают в начало сооружения, а смесь отводят в конце его. Аэротенк имеет 1—4 коридора. Теоретически режим потока поршневой без продольного перемешивания. На практике существует значительное продольное перемешивание. Повышенная концентрация загрязнений в начале сооружения обеспечивает увеличение скорости их окисления. Изменение состава воды по длине аэротенка затрудняет адаптацию ила и снижает его активность. Такие аэротенки применяют для окисления малоконцентрированных вод (до 300 мг/л по БПК_полн).

   В аэротенках-смесителях воду и ил вводят равномерно вдоль длинных сторон коридора аэротенка. Полное смешение в них сточной воды с иловой смесью обеспечивает выравнивание концентраций ила и скоростей процесса биохимического окисления. Такие аэротенки предназначены для очистки концентрированных производственных сточных вод (БПКполн до 1000 мг/л) при разных колебаниях их распада, состава и количества загрязнений.

   В аэротенках с рассредоточенной подачей сточной воды ее подают в нескольких точках по длине аэротенка, а отводят из торцевой части. Возвратный ил полностью подают в начало аэротенка. Эти аппараты занимают промежуточное положение между вытеснительными и смесительными.

   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 аэротенков система аэрации обеспечивает одновременное выполнение этих функций. По способу диспергирования воздуха в воде на практике применяются следующие системы аэрации; пневматическая, механическая, пневмомеханическая и струйная. В нашей стране большее распространение получила пневматическая система аэрации.

   На рис. 6, а показана схема аэротенка-отстойника, объединенного со вторичным отстойником. Зона аэрации отделена от зоны отстаивания. Сточную воду подают в центре, а отводят по лотку. В зоне отстаивания образуется слой взвешенного активного ила, через который фильтруется сточная вода. Избыточный активный ил отводят из зоны взвешенного слоя по трубам, а возвратный активный ил поступает в зону аэрации.

   В аэротенке-осветителе (рис. 6, б) сточная вода поступает в зону аэрации, где смешивается с активным илом и аэрируется. Затем смесь через окна попадает в зону осветления и зону дегазации. В зоне осветления возникает взвешенный слой активного ила, через который фильтруется иловая смесь. Очищенная вода через лотки удаляется из аэротенка.

   Двухкамерные аэротенки-отстойники (рис. 6, в) являются разновидностью аэротенков-осветителей. В них зона аэрации разделена вертикальной перфорированной перегородкой на две камеры. В первой камере происходит насыщение иловой смеси кислородом и сорбция загрязнений активным илом, во второй — окисление сорбированных загрязнений и стабилизация активного ила. Избыточный ил удаляется из зоны осветления.

    Аэротенк с заполнителями. С целью повышения общей концентрации ила в аэротенк помещают биологически инертную массу, которая обрастает биоплёнкой. Одним из первых вариантов такого устройства был аэротенк, в который помещался поролон в виде мелких кусков неправильной формы. После обрастания биоплёнкой поролон становился тяжелее воды и поддерживался во взвешенном состоянии продувкой смеси. На выходе из аэротенка устраивалась сетка, задерживающая наполнитель. Позднее была разработана конструкция вставки в аэротенк, выполненный в виде решётки, в которой укреплены полосы поролона.