Очистка сточных вод

 

   

а.— аэротенк-отстой ник:   1—лоток;   2 —илососы;    3 — зона   отстаивания;   4 — водосливы;

5 —зона аэрации;

б — аэротенк-осветлитель: 1 — переливные окна; 2 — зона аэрации; 3 — зона дегазации;

4 — направляющая перегородка; 5 —аэратор; 6—зона осветления;

в — двухкамерный аэротенк-отстойник: 1 — имлеллерный аэратор; 2 — зона предварительного обогащения; 3 — перегородка; 4 — роторный аэратор; 5 — зона ферментации: 6 — зона освстления

Рис. 6 – Аэротенки

 

  В настоящее время существует несколько разновидностей аэротенков с заполнителями. Они успешно применяются для очистки фенолсодержащих сточных вод. Общая окислительная мощность аэротенков с заполнителями выше, чем у обычного аэротенка, вследствие, увеличенной концентрации ила, но удельная скорость окисления, отнесённая к 1 г ила, такая же, как и в других аэротенках. В последнее время появился новый тип аэротенков с заполнителем в виде поролоновых ершей (Макеевский инженерно – строительный институт) [2,3] .

   Для интенсификации процесса биохимической очистки сточные воды перед аэротенком предлагается обрабатывать окислителями (например, озоном) с целью снижения ХПК. Для этой же цели разработан процесс очистки сточных вод в глубоких шахтах. В них устраивают вертикальные трубы, доходящие почти до дна шахты. Сточные воды подают по трубам одновременно с воздухом. Под действием высокого гидростатического давления кислород воздуха почти полностью растворяется в сточной воде. При этом степень его использования микроорганизмами увеличивается. Иловая смесь по подъемной трубе поднимается вверх и после дегазации (выделение СО₂ и О₂) поступает в отстойник. Очистная установка занимает небольшую площадь. При ее работе отсутствует выделение запахов и достигается высокая степень очистки [25].

 

   Биофильтры - это сооружения, в корпусе которых размещается  кусковая  насадка   (загрузка)   и предусмотрены  распределительные устройства для сточной  воды и воздуха. В биофильтрах сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытый пленкой из микроорганизмов (рис.7). Микроорганизмы биопленки окисляют органические вещества, используя их как источники питания и энергии. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества, а масса активной биопленки увеличивается. Отработанная (омертвевшая) биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.

   Важнейшая составная часть биофильтра - загрузочный материал. По типу загрузочного материала все биофильтры делят на две категории: с объемной загрузкой и с плоскостной. В биологических фильтрах с объемной загрузкой используют щебень прочных горных пород, гальку, шлак, керамзит, а в фильтрах с плоскостной загрузкой - пластмассы, способные выдерживать   температуру 6 - 30 °С без потери прочности.

   В настоящее время предложено большое число конструкций биофильтров, которые делят на биофильтры, работающие с полной и неполной биологической очисткой; с естественной и искусственной подачей воздуха; с рециркуляцией и без рециркуляции сточных вод; на биофильтры одноступенчатые и двухступенчатые, капельные и высоконагружаемые.

 

                   

Рис. 7 – Биофильтр

 

   Двухступенчатые биофильтры применяются в том случае. когда для достижения высокой степени очистки нельзя увеличить высоту биофильтров. Технологические схемы биофильтров показаны на рис. 8.

а — одноступенчатая;   б — двухступенчатая;  1 — первичные  отстойники; 2, 4— биофильтры I и II ступеней; 3— вторичиые отстойники; 5 — третичный отстойник.

Рис. 8 - Схемы установок для очистки сточных вод биофильтрами

 

    Пропускная способность биофильтра определяется, прежде всего, следующим: площадью поверхности, занятой биопленкой, и возможностью свободного доступа кислорода к биопленке. Чем больше площадь поверхности биопленки и чем легче к ней доступ кислорода, тем выше пропускная способность биофильтра.

   Погружные биофильтры состоят из вращающегося вала с насаженными на нём дисками и резервуара со сточной водой, в которую диски погружаются на ¹/₃ – ¹/₂ своего диаметра. Диски (пластины) изготовляются из разного материала (предпочтительно лёгкого) и располагаются на расстоянии 10 – 20 мм друг от друга. Число пластин на валу может быть различным – от 20 до 200. Диаметр дисков 0,5 – 3 м. Частота вращения вала в среднем около 1мин^-1 (рис. 9).

   Сточная вода протекает по резервуару с разной скоростью в зависимости от желаемой степени её очистки. Обычно наименьшая продолжительность пребывания воды в резервуаре составляет 70 мин, а при необходимости более высокой степени может достигать 3 ч и более. На дисках нарастает биоплёнка толщиной до 4 мм. Попеременно погружаясь в воду и выходя из неё, билплёнка извлекает загрязнения и окисляет их с помощью кислорода, который она получает непосредственно из атмосферы. Отмёршая часть биоплёнки попадает в воду и выносится затем с очищенной водой во вторичный отстойник. Поскольку вода в резервуаре находится продолжительное время, то в ней развивается активный ил, доля участия которого в общем эффекте очистки также должна приниматься во внимание. Сточная вода в резервуаре аэрируется вследствие вращения дисков, а сумма вращательного и поступательного движения воды способствует поддержанию активного ила во взвешенном состоянии.

         

1 – камера впуска сточных  вод; 2 – лоток; 3 – биодиски; 4 – илопровод; 5 – отстойник; 6 – камера выпуска обработанных сточных вод; 7 – двигатель – редуктор биодиска; 8 – трубопровод к иловой насосной станции

 

Рис.9 - Схема установки биодисков в блоке с отстойником

 

   Погружные фильтры часто устраивают двух- и трёхступенчатыми, что позволяет активизировать деятельность биоплёнки в каждом фильтре и, кроме того, возвращать часть сточной воды в начало резервуара для большей полноты изъятия загрязнений.

   Первоначально название биотенк было дано экспериментальному сооружению. Это сооружение состоит из корпуса и расположенных внутри него друг над другом в шахматном порядке лотковых элементов. Обрабатываемая сточная вода поступает в верхнюю часть биотенка и, заполнив расположенные выше ёмкости, стекает вниз. При этом сточной водой омываются наружные части элементов, на которых образуется биоплёнка. Образующаяся в самих элементах биомасса активного ила перемешивается и насыщается кислородом вследствие движения обрабатываемой сточной воды.                             

   Позднее название биотенк было заменено на название биотенк – биофильтр, что явилось следствием разработки двухступенчатой конструкции, включающей в себя и описанный выше биотенк (с пластмассовой загрузкой). Биотенк в совокупности с биофильтром обеспечивает высокую степень очистки (до БПК₅ порядка 30 мг/л) при нагрузке по БПК₅ примерно 1,5 кг/(м³ · сут) [25].

   Окситенки — сооружения биологической очистки, в которых вместо 
воздуха используется технический кислород или же воздух, обогащен- 
ный кислородом.

   Влияние повышенных концентраций кислорода в воде на биологическую активность клетки было предметом многих исследований, причем были получены как положительные, так и отрицательные результаты. 
   Существенным отличием окситенка от аэротенка, работающего на атмосферном воздухе, является возможность повысить в нем концентрацию ила в связи с увеличенным массообменом кислорода между газовой и жидкой фазами. Рекомендуемая концентрация ила в окситенке составляет 6-8 г/л, хотя, принципиально сооружение может работать и при более высоких концентрациях. Экспериментально получено, что при прочих равных условиях окислительная мощность окситенков в 5—10 раз выше, чем у аэротенков, эффективность использования кислорода составляет 90—95 %.

   Конструктивно окситенк выполнен, в виде резервуара круглой в плане  формы с цилиндрической перегородкой, отделяющей зону аэрации от зоны илоотделения (рис.9). В средней части цилиндрической перегородки устроены окна для перепуска иловой смеси из зоны аэрации в илоотделитель; в нижней части — для поступления возвратного ила в зону аэрации. Последняя оборудована герметическим перекрытием, на котором установлен электродвигатель турбоаэратора и смонтированы трубопроводы подачи кислорода и продувочный.

   Илоотделитель оборудован перемешивающим устройством, представляющим собой радиально расположенные решетки из вертикальных стержней (d=30÷50 мм), которые установлены друг от друга на расстоянии 300 мм. В нижней части решеток размещён шарнирно-подвешенный скребок. Илоотделитель работает со взвешенным слоем активного ила, уровень которого стабилизируется автоматически путем сброса избыточного ила через трубу.

   Сточная вода поступает в зону аэрации по трубе. Под воздействием скоростного напора, развиваемого турбоаэратором, иловая смесь через окна поступает в илоотделитель. Благодаря направляющим щиткам жидкость в нем медленно движется по окружности. В сочетании с перемешивающим устройством все это значительно интенсифицирует процесс отделения и уплотнения ила. Очищенная вода проходит сквозь слой взвешенного активного ила, доочищается от взвешенных и растворенных органических веществ, поступает в сборный лоток и отводится по трубке. Возвратный активный ил опускается по спирали вниз и через окна поступает в камеру аэрации.

   Окситенк оборудуется системой автоматики, обеспечивающей подачу кислорода в зону аэрации в соответствии со скоростью его потребления. Система автоматически поддерживает заданную концентрацию растворенного кислорода в иловой смеси окситенка при любых изменениях состава, концентрации или расхода сточной воды.

Для обезвреживания осадков  сточных вод и предварительной  очистки концентрированных сточных вод может использоваться процесс анаэробного сбраживания. В зависимости от конечного вида продукта различают следующие виды брожения: спиртовое, пропионово-кислое, молочнокислое, метановое и др. Конечными продуктами брожения являются спирты, кислоты, ацетон, газы брожения (СО₂. Н₂,CH₄) [1,2].

 

 

                

1 – продувочный трубопровод; 2,5 – задвижки с электроприводом; 3 – электродвигатель; 4 – трубоаэратор; 6 – герметичное перекрытие; 7 – трубопровод для подачи кислорода; 8 – вертикальные стержни;

9 – сборный лоток; 10 – трубопровод  для сброса избыточного ила; 11 – резервуар; 12 – окна для перепуска иловой смеси из зоны аэрации в илоотделитнль; 13 – цилиндрическая перегородка; 14 – скребок; 15 – окна для перепуска возвратного ила в зону аэрации; 16 – зона аэрации; 17 – трубопровод для подачи сточной воды в зону аэрации; 18 – илоотделитель; 19 – трубопровод для выпуска очищенной воды

 

Рис.10 – Окситенк

 

      1.1.4.6  Анаэробные методы очистки

      Для очистки сточных вод используют метановое брожение. Процесс 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, H₂ и др., в результате чего сточные воды подкисляются до рН=5-6. Затем под действием метановых бактерий (щелочная фаза) кислоты разрушаются с образованием СН₄ и СО₂. Считается, что скорости превращения в обеих фазах одинаковы. В среднем степень распада органических соединений составляет 40%.[6,7]

   Процессы метанового брожения осуществляют в метантенках - герметически закрытых резервуарах, оборудованных приспособлениями для ввода обрабатываемого и отвода сброженного осадка.                   

   Различают метантенки открытого и закрытого типов (последние - с жестким или плавающим перекрытием). В сооружении с неподвижным жестким перекрытием (рис. 11) уровень бродящей массы поддерживается выше основания горловины, так как в этом случае зеркало массы мало, велика интенсивность отвода газов и не образуется корка.

 

                                              

1 — газовый колпак для сбора  газа; 2 — газопровод от газового колпака; 3 — пропеллерная мешалка;

4-трубопровод для загрузки (например, сырого осадка и активного ила); 5 - трубопроводы для удаления иловой воды или выгрузки сброженного осадка с разных уровней; 6 — инжектор подачи острого пара для подогрева содержимого метантенка и перемешивания; 7 — трубопровод выгрузки суспензии твердофазных продуктов сбраживания (например, сброженного осадка); 8 — циркуляционная труба; 9 — трубопровод для опорожнения метантенка

Рис. 11 - Метантенк

    Для ускорения процесса массу перемешивают и подогревают до 30—40°С (при мезофильном сбраживании) острым паром низких параметров (0,2—0,46 МПа). Пар подают через инжектор, рабочей жидкостью в котором является сама сбраживаемая масса. Основная циркуляция в метантенке осуществляется пропеллерной мешалкой.

   Метантенки и газгольдеры для сбора выделяющихся газов ( ~ 65% метана и ~ 33% диоксида углерода) — взрывоопасные сооружения, поэтому их располагают обычно на расстоянии не менее 40 м от других объектов [25].

  1.1.4.7 Денитрификация 
   Полученный в результате нитрификации азот нитратный может быть преобразован в свободный азот (газ), который отдувается при аэрировании в атмосферу. Денитрифицирующие бактерии – гетеротрофные организмы, которые в качестве источника углеродного питания способны использовать широкий спектр органических соединений. Однако, процесс денитрификации осуществляется только когда растворенный кислород отсутствует или его концентрация невелика.

   В процессе денитрификации рН среды несколько увеличивается. Количество образовавшейся при этом щелочи нейтрализует ½ количества кислоты, образовавшейся при нитрификации.

   Рост денитрифицирующих также зависит от температуры, кроме того, колоссальное значение имеет состав органических соединений. Для оценки возможной эффективности денитрификации в конкретном сооружении, необходимо знать скорость этого процесса. При использовании более легко окисляемых соединений, скорость процесса возрастает.