Использование хвостохранилища в качестве биологического пруда. Очистка в природных условиях

1.1.Аэробные: аэротенк (биотенк), биофильтр, почвенные методы, биопруды .

Сущность метода биохимической очистки
Биологический (или биохимический) метод очистки сточных вод применяется для очистки производственных и бытовых сточных вод от органических и неорганических загрязнителей. Данный процесс основан на способности некоторых микроорганизмов использовать загрязняющие сточные воды вещества для питания в процессе своей жизнедеятельности.
Основной процесс, протекающий при биологической очистке сточных вод, – это биологическое окисление. Данный процесс осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), состоящим из множества различных бактерий, простейших водорослей, грибов и др., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма).
Главенствующая роль в этом сообществе принадлежит бактериям.
Очистку сточных вод рассматриваемым методом проводят в аэробных (т. е. в присутствии растворенного в воде кислорода) и в анаэробных (в отсутствие растворенного в воде кислорода) условиях.
Очистка сточных вод в природных условиях
Аэробные процессы биохимической очистки могут протекать в природных условиях и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Искусственными сооружениями являются аэротенки и биофильтры разной конструкции. Тип сооружений выбирают с учетом местоположения завода, климатических условий, источника водоснабжения, объема промышленных и бытовых сточных вод, состава и концентрации загрязнений. В искусственных сооружениях процессы очистки протекают с большей скоростью, чем в естественных условиях.
Поля орошения
Это специально подготовленные земельные участки, используемые одновременно для очищения сточных вод и агрокультурных целей. Очистка сточных вод в этих условиях идет под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений.
В почве полей орошения находятся бактерии, актиномицеты, дрожжи, грибы, водоросли, простейшие и беспозвоночные животные. Сточные воды содержат в основном бактерии. В смешанных биоценозах активного слоя почвы возникают сложные взаимодействия микроорганизмов симбиотического и конкурентного порядка.

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.
Биологические пруды
Представляют собой каскад прудов, состоящий из 3-5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Пруды предназначены для биологической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Различают пруды с естественной или искусственной аэрацией. Пруды с естественной аэрацией имеют небольшую глубину (0,5-1 м), хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами. 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.

Микрофильтры и намывные фильтры
Микрофильтры представляют собой сетчатые вращающиеся барабаны, опущенные частично в жидкость. Сточная вода подается внутрь барабана, загрязненная внутренняя поверхность промывается струями воды в верхней части барабана. Эффективность очистки при подаче на них биологически обработанных сточных вод составляет по 20-30%, по взвешенным веществам 65-70%. Микрофильтры просты в эксплуатации и не требуют ежедневного ухода. Намывные фильтры представляет собой резервуары с установленными внутри сетчатыми фильтрующими элементами. Фильтрование осуществляется через сетки намытым на них фильтрующим материалом. Поэтому перед рабочим циклом в фильтр подается пульпа фильтрующего материала. Этот же материал вводится в доочищаемую воду небольшими дозами во время рабочего цикла. Качество доочистки высокое: по содержанию взвешенных веществ (4 мг/л) и (3 мг/л) сточные воды приближаются к чистой речной воде.
Фильтрующие колодцы, кассеты
Использование в технологической схеме биологической очистки сооружений, расположенной в естественных условиях (фильтрующие колодцы и кассеты, поля подземной фильтрации), позволяет обеспечить одновременную глубокую очистку и обеззараживание стоков и не требует дополнительного устройства сооружений доочистки. Обследование около 50 систем показало что вблизи правильно установленных и эксплуатируемых фильтрующих колодцев создается вполне удовлетворительная санитарная обстановка. На большинстве обследованных объектов даже в расстоянии 1-2 метров вокруг фильтрующего колодца не отмечалось загрязнения атмосферного воздуха и поверхности почвы. Результаты исследований экспериментальных установок показываю, что даже на расстоянии 0,8-1 метра от фильтрующих колодцев наблюдается значительное снижения загрязнении в сточных водах. Сооружения естественной очистки сточных вод такие как фильтрующие колодцы и биологические пруды, могут быть использованы в качестве сооружений доочистки в различных технологических схемах обработки стоков. Эти сооружения размещают, как правило, после установок биологической очистки.
Очистка в биофильтрах
Биопленка растет на наполнителе биофильтра, она имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1-3 мм и более. Эта пленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей и других организмов. Число микроорганизмов в биопленке меньше, чем в активном иле.
Биологические фильтры достаточно широко применяются для очистки бытовых и производственных сточных вод при их объемном расходе до 30 тыс. м3/сут.
Биофильтры – искусственные сооружения биологической очистки представляют собой круглые или прямоугольные в плане сооружения, загруженные фильтрующим материалом, на поверхности которого выращивается биопленка; изготовляются они из железобетона или кирпича. Сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытой пленкой из микроорганизмов; отработанная (омертвевшая) биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.
По типу загрузочного материала биофильтры делятся на две категории: с объемной (зернистой) и плоской загрузкой. В качестве зернистой загрузки используют щебень, гравий, гальку, шлак, керамзит, керамические и пластмассовые кольца, кубы, шары, цилиндры и т.п. Плоская загрузка – это металлические, тканевые и пластмассовые сетки, решетки, блоки, гофрированные листы, пленки т.п., нередко свернутые в рулоны.

Биотенк - биофильтр представляет собой корпус, в котором заключены элементы загрузки, расположенные в шахматном порядке. Эти элементы выполнены в виде полуцилиндров, орошаются сверху водой, которая, наполняя элементы загрузки стекает через края вниз. На наружных поверхностях элементов образуется биопленка, в элементах – биомасса, напоминающая активный ил. Конструкция обеспечивает высокую производительность и эффективность очистки.
По принципу поступления воздуха в толщу аэрируемой загрузки фильтры могут быть с естественной и принудительной аэрацией. При поступлении сточных вод с БПКП> 300 мг/л во избежание частого заиливания поверхности биофильтра предусматривается рециркуляция – возврат части очищенной воды для разбавления исходами точной воды.
Применение биофильтров ограничивается возможностью их заиливания, снижением окислительной мощности в процессе эксплуатации, появлением неприятных запахов, трудностью равномерного наращивания пленки.
Очистка в аэротенках
Аэробная биологическая очистка больших объемов вод осуществляется в аэротенках – прямоугольных в плане железобетонных сооружениях со свободно плавающим в объеме обрабатываемой воды активным илом, бионаселение которого использует загрязнения сточных вод для своей жизнедеятельности.

Основные технологические схемы очистки в аэротенках приведены на рисунке 52.

Система аэрации представляет собой комплекс сооружений и специального оборудования, обеспечивающего снабжение жидкости кислородом, поддержание ила во взвешенной 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 три системы аэрации: пневматическая, механическая и комбинированная.
Окситенки
Окситенки – это сооружения биологической очистки, в которых вместо воздуха используется технический кислород или воздух, обогащенный кислородом.
Основным отличием окситенка от аэротенка, работающего на атмосферном воздухе, является повышенная концентрация ила. Это связано с увеличенным массообменом кислорода между газовой и жидкой фазами.
Он представляет собой резервуар, круглой в плане формы с цилиндрической перегородкой, которая отделяет зону аэрации от зоны илоотделения.

1.2.Анаэробная биологическая очистка сточных вод.

Анаэробный метод очистки может рассматриваться в качестве одного из наиболее перспективных при наличии высокой концентрации в сточных водах органических веществ или для очистки бытовых стоков. Его преимущество перед аэробными методами заключается в резком снижении эксплуатационных расходов (для анаэробных микроорганизмов не требуется дополнительной аэрации воды) и отсутствии проблем, связанных с утилизацией избыточной биомассы.

Анаэробная деградация органических веществ, осуществляется как многоступенчатый процесс, в котором необходимо участие, по меньшей мере четырех групп микроорганизмов:

· гидролитиков,

· бродильщиков,

· ацетогенов

· метаногенов.

Механизм очистки.

При анаэробном преобразовании органических субстратов в метан под воздействием микроорганизмов должны быть последовательно реализованы 4 стадии разложения. Отдельные группы органических загрязнений (углеводы, протеины, липиды/ жиры) в процессе гидролиза преобразуются сначала в соответствующие мономеры (сахара, аминокислоты, жирные кислоты). Далее эти мономеры в ходе ферментативного разложения (ацитогенеза) преобразуются в короткоцепочечные органические кислоты, спирты и альдегиды, которые затем окисляются дальше в уксусную кислоту, что связано с получением водорода. Только после этого доходит очередь до образования метана на этапе метаногенеза. В качестве побочного продукта наряду с метаном образуется также и углекислый газ.

Все процессы преобразования тесно взаимосвязаны друг с другом и должны протекать в емкости анаэробного реактора в строго установленном порядке, т.к. любое нарушение одного из промежуточных этапов приводит к нарушению всего процесса. Поэтому требуется точное проектирование очистных сооружений и их настройка на соответствующую сточную воду.

Рисунок 1: Этапы разложения анаэробного преобразования

Биологическая очистка может также осуществляться в естественных условиях на сооружениях почвенной очистки и в биологических прудах.[ ...]

Биологическая очистка заключается в минерализации органических загрязнений сточных вод, находящихся в виде тонко диспергированных нерастворенных и коллоидальных веществ, а также в растворенном состоянии. После такой очистки при помощи аэробных биохимических процессов вода становится прозрачной, незагнивающей, содержащей растворенный кислород и нитраты. Биологическая очистка ведется, либо в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации и биологические пруды), либо в искусственно созданных (биофильтры). Биологическая очистка в искусственно созданных условиях может быть полной, когда БПК сточных вод снижается на 90-95%, и неполной, когда БПК снижается на 40-80%.[ ...]

Биологические пруды и лагуны - искусственно созданные водоемы, в которых для очистки сточных вод используются естественные процессы. Преимущественное распространение получили биологические пруды для очистки сточных вод, прошедших биологическую очистку. Различают пруды с естественной и искусственной аэрацией: за рубежом эти разновидности прудов называют соответственно аэробно-анаэробными (или факультативными) и аэробными (или аэрированными) лагунами. В факультативных лагунах создается аэробно-анаэробный режим за счет обеспечения (путем аэрации) наличия растворенного кислорода только в поверхностных слоях воды. В аэрированных лагунах перемешивание осуществляется с помощью механических аэраторов или путем продувки воздуха через толщу воды.[ ...]

Биологические пруды представляют собой искусственно созданные водоемы (как правило, земляные) для биологической очистки сточных вод, которая осуществляется в основном за счет жизнедеятельности фи-то- и зоопланктона на свету. Такие сооружения могут достаточно хорошо работать при температуре сточных вод более 10°С, поэтому для большинства районов СССР они являются сооружениями сезонного характера.[ ...]

Биологические пруды представляют собой искусственно созданные водоемы для биохимической очистки сточных вод, основанной на процессах самоочищения водоемов.[ ...]

Биологические пруды. Биологические фильтры. .[ ...]

Биологические пруды имеют существенные недостатки, ограничивающие их применение: низкая окислительная способность, большая занимаемая площадь, сезонность работы (не более 6 мес. в средней полосе СССР и 9 мес. - на юге страны), неуправляемость процесса очистки, наличие застойных, неработающих зон, трудность очистки от ила и грязи и др.[ ...]

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.[ ...]

Биологические пруды представляют собой земляные резервуары с глубиной до 1 м. Они применяются в качестве самостоятельных очистных сооружений при наличии естественных впадин в слабо-дренирующих грунтах в районах со среднегодовой температурой воздуха более 10° С. При этом должны быть приняты меры по предупреждению распространения болезнетворных бактерий и яиц гельминтов животными и водоплавающей птицей. Пруды требуют создания широких санитарно-защитных зон (200 м).[ ...]

Биологические пруды первых двух типов всегда являются рыбоводными.[ ...]

Биологические пруды целесообразно устраивать при наличии непригодных для полей орошения почвогрунтов, благоприятных топографических условий и наличия поблизости водоема с чистой водой, которую можно использовать для разбавления сточной жидкости.[ ...]

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 биологических прудах необходимо присутствие водных растений, оказывающих благоприятное воздействие на процессы очистки. Рекомендуется занимать растительностью примерно 1/3 головной части пруда . Высшие водные растения и фитопланктон способствуют снижению количества биогенных элементов в воде, играют большую роль в кислородном режиме, интенсифицируют процессы окисления и нитрификации, а также являются источниками питания пресноводных животных.[ ...]

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.[ ...]

При отсутствии биологических прудов (III схема очистки) в биоценозах преобладала микрофлора почвы - бактерии, грибы, простейшие (корненожки, жгутиковые, реснитчатые) и беспозвоночные животные (дождевые черви).[ ...]

В первом случае пруды состоят из 4-5 последовательно расположенных секций на местности с уклоном, чтобы вода постепенно проходила все секции. Отделяют одну секцию от другой земляными валиками шириной по верху 1-1,5 м. В первой секции устанавливают поперечные стенки из фашин или плетня, которые задерживают плавающие вещества и улучшают распределение жидкости. В последней секции устраивают шахтные водосборы для выпуска очищенной воды. Кроме того, в каждой секции предусматривают запасные выпуски для опорожнения прудов. Если пруды используются для доочистки сточных вод, то их устраивают из 2-3 секций. В последних секциях разводят рыбу, т. к. вода в них содержит растворенный кислород. Биологические пруды устраивают на слабофильтрующих грунтах, принимая глубину воды 0,5-1 м. Дну прудов придают уклон в сторону течения воды.[ ...]

Опыт применения биологических прудов для очистки сточных вод завода органического синтеза и ряда нефтехимических предприятий оказался весьма положительным.[ ...]

Глубокая очистка биологически очищенных сточных вод ига микрофильтрах обеспечивает снижение содержания взвешенных веществ на 50-70 % и ВПК на 30-40 % общего их содержания в поступающей воде. При этом количество растворенного кислорода практически не уменьшается, что является преимуществом микрофильтров по сравнению с песчаными фильтрами. С применением микрофильтров в системе глубокой очистки появляется возможность уменьшить число вторичных отстойников, сократив продолжительность пребывания сточной воды в них до 30 мин либо заменив I ступень биологических прудов микрофильтрами, уменьшить площадь прудов, капитальные расходы и эксплуатационные затраты. Применение микрофильтров при глубокой очистке сточных вод после вторичных отстойников позволяет уменьшить площадь биологических прудов, что для станций пропускной способностью 50-200 тыс. м3/сут дает экономию в размере 285-764 тыс. руб/год.[ ...]

Время пребывания воды в прудах зависит от вида и концентрации загрязнений и колеблется в широких пределах - от 3 до 50 суток; оно резко снижает-ся, если вода в прудах подвергается искусственной аэрации. На предприятиях нефтеперерабатывающей и химической промышленности биологические пруды используют в основном для доочистки сточных вод, прошедших сооружения биологической очистки: концентрация нефти и нефтепродуктов снижается настолько, что в последних секциях прудов уже можно разводить рыбу. Имеется положительный опыт использования в биологических прудах одноклеточных водорослей - хлореллы для очистки стоков от капро-лактама, сероуглерода и др.[ ...]

Существенным недостатком биологических прудов, кроме полной неуправляемости процесса, является то, что скорость окисления органических соединений в них очень незначительна. Это приводит к тому, что время пребывания воды в биологических прудах составляет несколько суток и при очистке только этим способом сточных вод крупнотоннажных производств пришлось бы занимать огромные площади очистными водоемами.[ ...]

Существенным недостатком прудов с естественной аэрацией является потребность в больших площадях. Значительное сокращение площади биологического пруда достигается применением искусственной аэрации. В таких прудах аэрационными устройствами (поверхностными механическими аэраторами, дырчатыми пневматическими аэраторами) создается постоянное движение воды, в 5-7 раз увеличивающее коэффициент неконсервативности.[ ...]

На рис. 6.11 показаны аэрируемые биологические пруды, предназначаемые для доочистки сточных вод. Пруды запроектированы на площади 7,25 га при глубине 3 м. Нагрузка на 1 га -3448 м3/сут, продолжительность пребывания воды в прудах - 8,7 сут. Пруды имеют две секции, каждая секция состоит из пяти ступеней. Между ступенями и секциями имеются перепуски. Первые четыре ступени прудов оборудуются механическими аэраторами, пятая ступень - отстойная. Эффект очистки по БПК20 -до 75%, по взвешенным веществам -до 80%.[ ...]

Аэробные (аэрируемые или неаэрируемые) биологические пруды устраиваются следующих типов: 1) для биологической очистки отстоенных сточных вод; 2) для доочистки биологически очищенных сточных вод; 3) рыбоводные.[ ...]

Рекомендуется проектировать трехкаскадные биологические пруды прямоугольной формы с отношением ширины к длине 1:2ч-1: 3. В первых двух каскадах следует предусматривать по две параллельные секции, что позволяет их периодически очищать. При расчетах продолжительности пребывания воды в секциях пруда необходимо учитывать, что первая секция одновременно выполняет функцию отстойника, во второй секции происходит основное потребление субстрата сточных вод, а третья секция является стабилизатором, в котором заканчивается процесс очистки. Исходя из этого, продолжительность пребывания воды в первой секции следует принимать равной одним суткам, а глубину - Зм, при этом снижение БПКп сточных вод составит 10-15%. Методика расчета биологических прудов приведена в работах .[ ...]

Схема II. Сточные воды после механической очистки направляются в биологические пруды или глубоководные лиманы, из которых поступают на орошение.[ ...]

Другим методом биохимической очистки сточных вод является создание биологических прудов, в которых используется способность природных вод к самоочищению. Биологические пруды представляют собой водоемы площадью 0,5-1,0 га, в которых сточные воды могут очищаться в аэробных и анаэробных условиях. Анаэробные пруды служат для предварительной очистки высококонцентрированных сточных вод: за 30-50 суток обеспечивается снижение БПК в воде на 50-70 %. Глубина таких прудов достигает 2,5-3 м.[ ...]

К числу методов ааробной очистки сточных вод отнооитоя также очистка в биологических прудах. Биологические пруды представляют ообой оиотему земляных резервуаров глубиной 1,0-1,5 м, по которым протекает вода и проиоходит ее очищение от загрязнений в условиях, близких к самоочищение в естественных водоемах. Обычно биологические пруды состоят из последовательно расположенных секций (до 5-8 секций), целесообразно также разделение секций на параллельно расположенные отсеки для удобства очистки от ила и грязи.[ ...]

Перспективны многоступенчатая очистка сточных вод на биоокислителях, использование специфических культур микроорганизмов, применение стимуляторов биохимических процессов, ‘повышение дозы активного ила, а также температуры среды, анаэробная обработка сильно концентрированных сточных вод и т. д.[ ...]

Кавказским отделом гидрогеологии и водных ресурсов предложено создавать биологические пруды, обладающие повышенной самоочищающей способностью по отношению к нефтепродукту. Биопруд состоит из двух каскадов плотин, построенных в местах сточных вод. Верхний каскад пруда задерживает механические примеси и крупные частицы, а в нижнем каскаде происходит очистка от нефти и солей. Уровень воды в пруду на втором каскаде поддерживается на заданном уровне. Вода задерживается на десятки часов для микробиологического очищения. Иловые отложения (микроорганизмы) и мелководье создают благоприятные условия для роста камыша, осоки, то есть тех растений, которые потребляют неорганические ионы и способствуют развитию нефтеокисляющих бактерий.[ ...]

Изложенное свидетельствует о том, что во многих случаях поля фильтрации и биологические пруды не могут быть применены по климатическим, грунтовым, гидрологическим условиям или из-за отсутствия достаточных площадей земли.[ ...]

Большое количество питательных веществ в воде способствует сильному развитию в биологических прудах водорослей - ряски, особенно на наиболее мелких участках их. Для борьбы с ряской и возможного ее использования желательно разведение на биологических прудах уток, для которых ряска является хорошим кормом. Уничтожение ряски благоприятствует солнечной радиации пруда. С этой же целью, т. е. для лучшей солнечной радиации пруда, не рекомендуется засаживать дамбы, окаймляющие пруды, деревьями и кустарниками.[ ...]

Таким образом, использование методов био.тестирования позволило установить, что в биологических прудах происходит не только улучшение качества биохимически очищенных сточных вод НПЗ по химическим показателям, но также резко уменьшается, а в летний период практически исчезает их токсическое воздействие на водные организмы. Поэтому биологические пруды являются обязательными в схеме очистных сооружений НПЗ при сбросе очищенных сточных вод в водоем.[ ...]

Биохимическое окисление проводят как в естественных условиях на полях фильтрации, орошения и биологических прудах, так и в искусственно созданных условиях на биофильтрах и в аэротенках Поля фильтрации, поля орошения и биофильтры функционируют за счет почвенных биоценозов; биологические пруды и аэротенки - за счет биоценозов водоемов.[ ...]

Процессы самоочищения протекают медленно, в связи с чем время пребывания сточной воды в таких прудах составляет обычно несколько десятков дней. В зимнее время биологические пруды вообще малоэффективны. Поэтому как самостоятельные сооружения биологические пруды для очистки производственных сточных вод химических предприятий не получили распространения. Пруды, например, построены и действуют на Пермском и Волгоградском нефтеперерабатывающих заводах. Чаще биологические пруды устраиваются за сооружениями искусственной очистки и служат для дополнительной очистки, являясь буфером перед водоемом.[ ...]

В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой, в которой интенсивно протекают процессы биологического окисления органических веществ. В биологических прудах в очистке принимают участие все организмы, населяющие водоем. Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Очищающим началом является активный или из бактерий и микроскопических животных. Микробоценоз активного ила бурно развивается в аэро-тенках (обильный приток питательных веществ, избыток подаваемого кислорода). Сточные воды перед биологической очисткой подвергаются дезинфекции для удаления патогенной микрофлоры.[ ...]

Дополнительный отвод земель под очистные сооружения в настоящее время резко сокращается. Поэтому все чаще используют другие способы очистки, например в непроточных биологических прудах. Для переоборудования существующих полей фильтрации в непроточные биологические пруды не требуется значительных капитальных затрат. Это обусловило реализацию данного способа на нескольких десятках сахарных заводов СССР. Для интенсификации очистки сточных вод в биологических прудах культивируют одноклеточные зеленые водоросли, а в глубоких прудах (до 4 - 5 м) осуществляют искусственную аэрацию воздухом.[ ...]

За счет выделения водорослями бактерицидных веществ происходит отмирание бактерий, и в частности патогенных кишечной группы. Поэтому в процессе доочистки сточных вод в биологических прудах имеет место не только удаление биогенных и оргаяических веществ, но и бактериальных загрязнений. Как уже указывалось, для целей доочистки должны применяться строго аэробные биологические пруды. Обязательными условиями нормальной работы таких прудов является соблюдение оптимальных для водных организмов реакции среды (pH) и температуры, а также наличие растворенного...кислорода не менее 1 мг/л. Важное, значение имеет перемешивание воды, которое препятствует образованию анаэробных зон и способствует процессам стабилизации качества воды.[ ...]

При выборе типа очистных сооружений рекомендуется в первую очередь оценить возможность применения сооружений естественной очистки сточных вод как наиболее дешевых. К их числу относятся поля фильтрации, биологические пруды и сооружения подземной фильтрации.[ ...]

Процессы глубокой доочистки часто называют третичной очисткой. Она проводится в специальных сооружениях, где образующийся при минерализации органических веществ азот является исходным для дальнейших превращений. К третичной очистке относится и доочистка сточных вод в биологических прудах с использованием высшей растительности. Однако в процессах нитрификации потребляется большое количество кислорода. Так, на окисление 1 мг аммонийного азота до нитритов необходимо 3,43 мг 02, а до нитратов - 4,57 мг 02 . Поэтому сброс неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод приводит к увеличению потребления кислорода, превышающего величину БПК.[ ...]

Учитывая необходимость.глубокой очистки сточных вод, в 1969 г. существующие очистные сооружения были дополнены новым комплексом сооружений, представляющим по существу станцию восстановления воды. Исходя из эффективности работы имеющихся сооружений необходимо было обеспечить удаление выносимых из биологических прудов водорослей, снизить значение pH воды, после чего осуществить более глубокое удаление загрязнений, находящихся в коллоидной и растворимой форме, а также бактериальных загрязнений.[ ...]

Для определения потребляемой мощности N крутящий момент МКр необходимо умножить на частоту вращения или угловую скорость со. Таким образом, для пневмомеханических аэраторов значительно сильнее, чем для механических поверхностных аэроторов выражена зависимость N со д, характеризующая работу мешалок. Чтобы реально воспользоваться решением уравнения (115), необходимо знать зависимость плотности р от газо-содержания жидкости с учетом расхода подводимого воздуха.[ ...]

Макрофиты - -водные фотосинтезирующие растения, плавающие на поверхности воды или погруженные в ее толщу. Плавающие растения не имеют корней и держатся на поверхности воды. К наиболее распространенным плавающим растениям относится ряска, маленькое растение с тремя листьями, имеющее диаметр 5 мм. Другое распространенное растение данного типа - водяной гиацинт. Все или большинство лиственных погруженных в толщу воды растений растут под поверхностью воды. Они могут в зависимости от чистоты воды иметь корни на глубине более 3 м. Погруженные растения закрепляются корнями в донном иле, а их лиственная часть располагается над поверхностью воды. Озера с каменистым и гравийным дном и небольшим количеством питательных веществ в воде не являются благоприятными для роста водных растений, тогда как в эвтрофицированных озерах, в мелких заводях и вдоль береговых линий они растут в изобилии. Слив сточных вод в озера и водоемы может стимулировать рост растений при других благоприятных условиях, таких, как достаточно высокая температура и наличие солнечного света. В биологических прудах сдерживают рост водных растений, устраивая достаточно крутые боковые стенки и сохраняя глубину воды не менее 1 м, чтобы предотвратить проникание солнечных лучей на дно.[ ...]

Механическая аэрация применяется в практике очистки сточных вод более 60 лет. Еще в 1916 г. в Шеффилде (Англия), в аэротенках был применен винт Архимеда. Смазка осуществлялась сточной жидкостью, набиравшейся черпачком, который был прикреплен на валу рядом с подшипником. Одним из первых механических вертикальных аэраторов серийного изготовления является "Симплекс", известный в 30-е гг. как аэратор системы Болтона. В 1932-1936 гг. проводились опыты по применению импеллерного аэратора кавитационного типа в СССР. После второй мировой войны была проделана значительная работа по усовершенствованию аэрационного оборудования, особенно фирмами США, ФРГ, Голландии и Франции. Если в прошлом область применения механических аэраторов ограничивалась установками малой пропускной способности для очистки бытовых стоков, то в настоящее время диапазон их использования увеличен до пропускной способности 50-100 тыс. мЗ/сут. Механические аэраторы применяют также в биологических прудах и для аэрации рек.

Послемеханической обработки в воде остаются частьвзвешенных веществ, растворенныеорганические вещества и большое количествомикроорганизмов . Биологический методоснован на использовании жизнедеятельности аэробныхмикроорганизмов , для которыхорганические веществасточных вод (в растворенном и коллоидном состоянии) являются источникомпитания . При наличии свободногокислорода в сточных водах микроорганизмыокисляют (минерализуют) органические вещества.

Основнойцелью биологической очистки городских сточных вод являются разложение и минерализация органических веществ, находящихся в коллоидном и растворенном состоянии. Эти вещества нельзя удалить из стоков механическим путем.Освобождение сточных вод от органических веществ происходитв двефазы .

Первая – фазасорбции . В основе ее лежат физико-химические процессы адсорбции органических веществ и коллоидов поверхностью микробной клетки.Вторая фаза– последовательноеокисление растворенных и адсорбированных органических веществ, в основе которого лежит усвоение микроорганизмами органических веществ.

С гигиенической точки зрения полнаяминерализация всех органических примесей сточных вод не считается необходимой.Задача биологической очистки городских сточных вод состоит в минерализации органических веществ до такой степени, при которой сточные воды можно было бы сбросить в водный объект, не нарушая его санитарного режима.

Распад органических соединений разных классов происходит в определеннойпоследовательности и с различнойскоростью . Разложениеуглеводов до углекислого газа и воды идет чрезвычайно быстро, всего несколько часов. Медленнее окисляютсяжиры . Наиболее сложно и длительно осуществляется распадбелковых веществ, поступающих в сточные воды большей частью в виде мочевины. Мочевина гидролизуется под влиянием бактерий до карбонатааммония . На следующем этапе аммонийные соли окисляются внитриты , затем нитриты превращаются внитраты .

Процесснитрификации связан с потреблением большого количествакислорода , что учитывается при организации биологической очистки. Нитрификация – процессэкзотермический , это значительно облегчает эксплуатацию очистных сооружений взимнее время. Нитрификацию следует рассматривать не только как минерализацию азотистых органических шлаков, но и как накопление связанного кислорода в воде. При дефиците кислорода в водном объекте связанный кислород нитратов может быть мобилизован в процесседенитрификации .

Условиями жизнедеятельности микроорганизмов являются:

Температура в пределах 20 – 30 о С;

РН в пределах 6,5 – 7,5;

БПК полн :N : Р = 100: 5: 1;

Концентрация кислорода не менее 2 мг/л;

БПК нач 5000 мг/л; БПК кон 10 мг/л;

Невысокое содержание токсичных веществ (в пределах ПДК б), в противном случае гибнет микрофлора.

Биологическая очистка сточных вод может происходить в естественных и искусственных условиях.

1) Очисткав естественных условиях (почвенные методы). Способ известен сдревних времен. Он используется в основном для очисткибытовых игородских сточных вод, а не чисто производственных. Для очистки сточных водприменяют поля орошения, поля фильтрации и биологические пруды (биопруды).

А)Земледельческие поля орошения (ЗПО) – это специально подготовленные (спланированные)участки земли для приема предварительно очищенных (прошедшихмеханическую очистку) сточных вод с целью ихдоочистки . Поля состоят изкарт , спланированных горизонтально или с незначительнымуклоном и разделенных земляными оградительнымиваликами . Онииспользуются одновременно для очистки сточных вод иагрокультурных целей. Очистка в этих условиях идет поддействием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений. Сточная вода распределяется по картаморосительной сетью. Вода, профильтрованная через слой почвы, отводитсяосушительной сетью.

Прифильтрации сточных вод через почву в ее верхнем слое задерживаютсявзвешенные и коллоидные вещества, образующие на поверхности густонаселенную микроорганизмамипленку . Пленкаадсорбирует на своей поверхности растворенные вещества, находящиеся в сточных водах. Микроорганизмыминерализуют органические вещества с использованием растворенногокислорода .

Очистка сточных вод на полях фильтрации происходит в результате жизнедеятельностимикрофлоры , населяющей почву. В 1 г почвы присутствуют сотни тысяч, а в некоторых почвах до миллиардабактерий . При орошении сточной водой, содержащей много питательного субстрата, увлажняющей и согревающей, создаютсяусловия для интенсивного размножения и ускорения обменных реакций почвенного биоценоза. Каждая структурная единица почвы на полях оказывается покрытой сплошным слоем микрофлоры – так называемой биологическойпленкой . На поверхности биопленки сорбируются и минерализуются растворенные и коллоидные вещества сточной жидкости.

Затем эти участки используют длясельскохозяйственных целей, На них выращивают сельскохозяйственные культуры, то есть сточные воды используются какудобрение . На поляхвыращивают огородные или кормовые культуры, сеяные травы. ЗПО могут быть круглогодичного или сезонного действия. На ЗПО разрешается подавать сточную жидкость, прошедшую механическую очистку. Нормынагрузки на ЗПО невелики: 5 – 15 м 3 /(га . сут), что в 5 – 15 раз меньше, чем на коммунальных полях орошения. При правильной эксплуатации ЗПО не могут являться фактором передачи возбудителей кишечных инфекций, поэтому необходим строгий и тщательный контроль соблюдения правил эксплуатации ЗПО.

При использовании метода достигается высокий (до 99%)эффект бактериальнойочистки . Однако для полей орошения основной задачей является очистка сточных вод.

Б)Поля фильтрации – это земельные участки, предназначенные только дляполной биологической очистки предварительно осветленных сточных вод. При очистке сточных вод на полях фильтрации используетсясамоочищающая способность почвы: наиболее интенсивно процесс окисления органических загрязнений идет вверхних слоях почвы (0,2 – 0,3 м), где соблюдается благоприятныйкислородный режим.

Ихустраивают на песках, супесях. Поля можно устраивать также на суглинистых грунтах и тощих глинах, однако нагрузку по сточным водам в этом случае снижают. На полях производится распределение и фильтрация через почву сточных вод. Уровеньгрунтовых (УГВ) вод на территории, используемой под поля, должен быть на глубине не менее 1,5 м от поверхности. При более высоком положении УГВ необходимо устройстводренажа .

Для небольших рабочих поселков,малых городов устройство полей орошения и фильтрации можно признать весьма целесообразным в связи со сравнительной простотой их устройства и эксплуатации. Рекомендовать поля орошения для отдельно стоящих объектов внеканализованной местности (санатории, дома отдыха) не следует из-за трудности обеспечения обслуживающим персоналом.

В)Биопруды (рис. 6.1) – это искусственно созданные неглубокиеводоемы на слабофильтрующих грунтах глубиной 0,5 – 1 м. Они представляют собойкаскад прудов, состоящий из трех-пятиступеней , через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Их применяют в случаях, когда при наличии достаточныхплощадей отсутствуют хорошо фильтрующиепочвы . Иногда устраивают биопрудыс искусственной аэрацией глубиной до 3 м.

Рис. 6.1. Схема биопруда

Процесс очистки в этих сооруженияханалогичен процессам, происходящим при самоочищенииводоемов . Для устройства биологических прудов могут быть использованы естественныевпадины местности, заброшенные карьеры, а также специально созданные водоемы.

Пруды используют в качествевторой ступени биологической очистки, а также дляглубокой очистки биологически очищенных сточных вод с доведением величины БПК п до 5 – 6 мг/л. Небольшаяглубина позволяет создать значительную поверхностьконтакта обрабатываемой воды с воздухом, обеспечить прогрев всей толщи воды и хорошее ее перемешивание.

Биологические пруды обеспечиваютвысокоэффективную очистку – количество кишечной палочки снижается на 95,9 – 99,9% исходного, почти полностью задерживаются яйца гельминтов.

Однако нормальный ход очистки в биологических прудах возможен лишь втеплое время года. Притемпературе воды ниже 6 о С очистка резко ухудшается, что ограничивает использование биологических прудов как самостоятельных сооружений. При необходимости повышенной очистки биопруды можно устраивать после биофильтров или аэротенков как 3-ю ступень очистки.

К недостаткам метода очистки сточных вод в естественных условиях относятся:

Низкая окислительная способность;

Сезонность работы;

Потребность в больших территориях.

2) Сооружения с очисткой сточных водв искусственно созданных условиях. Разработка искусственных методов очистки началась в начале прошлого века. Для очистки сточных водприменяют биофильтры и аэротенки.

А)Биофильтр (рис. 6.2) представляет собой слойфильтрующего материала высотой 1,5 – 2 м, через который пропускаетсясточная вода. Через 2 – 3 недели (периодадаптации микроорганизмов) на загрузочном материале образуетсябиопленка толщиной 1 – 3 мм и более, способнаясорбировать на своей поверхности органические вещества. Загрузочный материал заселяется бактериями, грибами, простейшими и другими организмами. По мере увеличения толщины пленки ее нижние минерализованные слоиотмирают и уносятся вместе с водой. Отличительнойособенностью (следовательно, и активная биомасса) закреплена нанеподвижном материале.

Сверху биофильтры имеюторосители для распределения сточных вод позагрузке. В нижней части резервуаров имеютсяокна , обеспечивающие естественную или принудительнуюаэрацию поверхности биопленки, формирующейся на поверхности загрузки. Сточная вода проходит через толщу фильтрующего материала, дырчатое дно фильтра, а затем поступает через междудонное пространство на непроницаемое днище, откуда отводится по лоткам, расположенным за пределами биофильтра.

Рис. 6.2. Схема устройства биофильтра

1 – ограждающая стенка; 2 – горизонтальное дырчатое дно фильтра; 3 – сплошное

непроницаемое днище; 4 – загрузка (слой фильтрующего материала); 5 – распределительное

устройство для равномерного распределения сточной воды по поверхности

Биофильтрыклассифицируются по различнымпризнакам :

- по типувентиляции они бывают с естественной и искусственной вентиляцией.Естественная вентиляция осуществляется при помощиокон в междудонном пространстве в ограждающей стене, приискусственной вентиляции воздух в междудонное пространство подается при помощивентиляторов под давлением. Искусственную аэрацию тела фильтра устраивают для повышения окислительной способности путем подачи компрессором сжатого воздуха в дренежное пространство. При этом появляется возможность увеличить высоту загрузки с 2 до 4 м, а окислительная мощность возрастает в 2 – 4 раза;

- по типузагрузки (по конструктивным особенностям загрузочного материала) биофильтры бываютс объемной загрузкой(щебень, гравий, керамзит, шлак, с крупностью отдельных фракций 15 – 80 мм, плотностью 500 – 1500 кг/м 3 и пористостью 40 – 50%); ис плоскостной загрузкой(пластмасса, керамика, металл, ткани);

Попроизводительности биофильтры собъемной загрузкой делятся:

Накапельные производительностью до 1000 м 3 /сут (с естественной вентиляцией), имеющие крупность фракций загрузочного материала 20 – 30 мм и высоту слоя загрузки 1 – 2 м;

-высоконагружаемые (аэрофильтры) производительностью до 50000 м 3 /сут (с естественной и искусственной вентиляцией, с продувкой воздухом, имеющие крупность фракций загрузочного материала 40 – 60 мм и высоту слоя загрузки 2 – 4 м). Высоконагружаемые биофильтрыотличаются от капельных больше окислительноймощностью , обусловленной лучшим обменом воздуха и незаиляемостью загрузки. Достигается это применением загрузочного материала повышенной крупности, увеличением рабочей высоты загрузки и гидравлической нагрузки;

-башенные (большой высоты), имеющие крупность фракций загрузочного материала 60 – 80 мм и высоту слоя загрузки 8 – 16 м. В башенных биофильтрах загрузка располагается по вертикали ярусами высотой 2 – 4 м, разделенными решеткой. При этом создается тяга, как в аэродинамической трубе, и искусственная аэрация необязательна.

Биофильтры сплоскостной загрузкой появились в 50-х годах 20 века. Их можно разделить на группы по типузагрузки :

-жесткая засыпная в виде колец, обрезков труб и других элементов – могут быть использованы керамические, пластмассовые и металлические засыпные элементы плотностью 100 – 600 кг/м 3 и пористостью 70 – 90% при высоте слоя 1 – 6 м;

-жесткая блочная в виде решеток или блоков, собранных из чередующихсяплоских игофрированных листов, Могут быть использованы различные видыпластмасс (поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, полистирол и др.) плотностью 40 – 100 кг/м 3 и пористостью 90 – 97% при высоте слоя 2 – 16 м, а такжеасбестоцементные листы плотностью 200 – 250 кг/м 3 пористость (73 – 99%) по сравнению с загрузкой изфракционных материалов (50%), благодаря чему обеспечиваются лучшие условияобтекания биологической пленки воздухом и соответственно повышаетсяпроизводительность сооружений (окислительная мощность больше в 2 – 3 раза);

-мягкая из металлических сеток , пластмассовыхпленок илисинтетических тканей (нейлон, капрон), которые крепят на специальных каркасах или укладывают в виде рулонов, Такая загрузка имеет плотность 5 – 60 кг/м 3 и пористость 94 – 99% при высоте слоя до 3 – 8 м. В РФ выпускаютгладкую винипластовую пленку, а такжеперфорированную игофрированную .

Биофильтры с жесткой засыпной и мягкой загрузкой рекомендуетсяприменять при расходах сточных вод до 10 тыс. м 3 /сут, а биофильтры с жесткой блочной загрузкой – при расходах до 50 тыс. м 3 /сут.

Биофильтры сплоскостной загрузкой имеют более высокуюпроизводительность вследствие большей в два раза (по сравнению с объемной загрузкой) пористости и значительно большей удельной поверхности (80 – 450 м 2 /м 3 против 50 – 80). Это позволяет отказаться от принудительной вентиляции и сэкономить электроэнергию.

На рис. 6.3 приведена секция биофильтра с пластмассовой насадкой.

Рис. 6.3. Секция биофильтра с пластмассовой насадкой

Эффект очистки сточных вод на биофильтрах по БПК 20 составляетсвыше 90%. Окислительная способность биофильтра высокая из-за хорошей аэрации фильра через поры, образующиеся между кусками загрузки. Сточная жидкость просачивается через тело фильтра в течение 2 – 3 ч, и уже за это время в ней появляются нитриты. В почвенных условиях этот процесс занимает недели.

Б)Аэротенк – это проточноесооружение со свободно плавающимактивным илом. Аэротенки выполняют в виде длинных железобетонных прямоугольныхрезервуаров глубиной 3 – 6 м, шириной 6 – 10 м. длиной до 100 м. Аэротенки состоят из несколькихсекций (коридоров), разделенныхперегородками .

В аэротенках происходит образованиеактивного ила – совокупности микроорганизмов и твердых частиц.Активный ил включает в себя бактерии, простейшие, грибы, водоросли, способныесорбировать на своей поверхности органические загрязнения иокислять их в присутствии кислорода. Принципиальнаясхема работы аэротенка показана на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Принципиальная схема работы аэротенка

1 – первичный отстойник; 2 – аэротенк; 3 – вторичный отстойник; 4 – насосная станция;

5 - циркулирующий активный ил; 6 – избыточный активный ил; 7 – подача воздуха в аэротенк

Сточная жидкость после осветления впервичных отстойниках поступает в аэротенк исмешивается с циркулирующим активным илом. Смесь сточных вод и активного ила по всей длине аэротенкапродувается воздухом, поступающим изкомпрессорной станции. Аэробныемикроорганизмы сорбируют органические вещества из сточных вод и в присутствии кислородаокисляют их.

Из аэротенка смесь сточных вод с активным илом направляется вовторичный отстойник, где активный ил оседает. В результате роста микроорганизмовмасса ила в аэротенке непрерывновозрастает . Поэтому насосная станция перекачиваетизбыточный активный ил из вторичного отстойника вилоуплотнители , ациркулирующий активный ил – обратно в аэротенк.Вторичные отстойники служат дляотделения очищенной воды от активного ила. Ихконструкция практически не отличается от конструкциипервичных отстойников (они бывают горизонтальные, вертикальные и радиальные).

При биологической очистке сточных вод протекаютдва процесса :сорбция загрязнений активным илом и их внутриклеточноеокисление микроорганизмами.Скорость сорбции значительно превышает скорость биоокисления, поэтому после окончания процесса сорбции и достижения требуемого эффекта очистки по БПК отделившийся в отстойнике ил направляют врегенератор (секцию аэротенка) с цельюбиоокисления остаточных загрязнений сточных вод.

Таким образом, для обеспеченияустойчивой работы аэротенков устраиваютрегенераторы – сооружения, в которых восстанавливаетсясорбирующая способность активного ила. Ил в регенераторах постоянноаэрируется . Под регенераторы обычно выделяют частькоридоров аэротенка.

Для обеспечения микроорганизмов кислородом, а также для поддержания ила во взвешенном состоянии применяют непрерывную искусственнуюаэрацию смеси сточных вод и активного ила. Таким образом, активнаябиомасса находится в аэротенке вовзвешенном состоянии.

Система аэрации является важнейшим конструктивным элементом аэротенка.Эта системасостоит из комплекса 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 всех этих функций, лишь в окситенке перемешивание механическими мешалками не связано с системой подачи кислорода.

Различаюттри системы аэрации:

-пневматическая (воздух нагнетается в аэротенк под давлением);

- механическая (воздух поступает в аэротенк при вращении в нем жидкости механическими устройствами, например, вращающимися мешалками, щетками, турбинками и т.п.);

- комбинированная (смешанная, пневмомеханическая).

Наибольшеераспространение получилипневматические системы аэрации.

В зависимости от типа применяемыхаэраторов и размеров образующихсяпузырьков различаюттри вида аэрации:

Мелкопузырчатая (с размером пузырьков 1 – 4 мм);

Среднепузырчатая (5 – 10 мм);

Крупнопузырчатая (более 10 мм).

Ккрупнопузырчатым аэраторам относятся открытые снизу вертикальныетрубы , сопла. Ксреднепузырчатым относят перфорированные трубы, щелевые и другие устройства. Кмелкопузырчатым относят аэраторы изпористых материалов (керамических, тканевых и пластиковых).

В России наиболеераспространенным типом мелкопузырчатого аэратора являетсяфильтросная пластина. Ее изготавливают изшамота (огнеупорная глина, каолин), который связан смесью жидкого стекла с мелкой шамотной пылью. Также ее изготавливают из кварцевогопеска и кокса, которые связаны бакелитовой смолой (феноло-формальдегидной).Размер пластин составляет 300х300 мм,толщина пластин – 35 - 40 мм. Средний размерпор отечественных фильтросов составляет 100 мкм.

Резервуар оборудованвоздуховодами , из которых постоякам воздух подается в фильтросныеканалы , закрытыефильтросами – пористыми шамотными или пластиковымипластинами . Их заделывают цементным раствором вжелезобетонные каналы , устраиваемые в днище аэротенка вдоль длинной его стороны (рис. 6.5). Через такие пластиныпроисходитмелкопузырчатая аэрация смеси в аэротенке.

Рис. 6.5. Типовой четырехкоридорный аэротенк:

1 – воздуховоды; 2 – стояки; 3 – фильтросный канал

Пластины подверженызасорению пылью (ограничивается содержание пыли в воздухе) и зарастанию бактериальной пленкой. Поэтому их периодическиочищают , и в среднем через каждые 7 лет заменяют новыми.Среднепузырчатые аэраторы – перфорированные трубы диаметром 6 – 10 мм менее эффективны, но и меньше засоряются.В зарубежной практике вместо фильтросных пластин применяютдиффузоры различной формы, устанавливаемые на подводящем трубопроводе.

Примеханической системе аэрации в качестве источника кислорода используется непосредственно наружный воздух, вовлекаемый в аэротенк при вращении в нем жидкости мешалкой-аэратором. Механическиеаэраторы обычноклассифицируют по типу расположения оси вращения ротора на горизонтальные и вертикальные. Наибольшее разнообразие видов имеют аэраторы с вертикальной осью вращения. Эти аэраторы могут располагаться либо на поверхности, либо в толще воды (соответственно кавитационная или импеллерная система).

Аэротенки можноклассифицировать по следующим основным признакам (рис. 6.6).

По структуре потока - аэротенки-вытеснители, аэротенки-смесители и аэротенки с рассредоточенным впуском сточной жидкости, аэротенки промежуточного типа.

По способу регенерации активного ила - аэротенки с отдельно стоящими регенераторами ила, аэротенки, совмещенные с регенераторами.

По нагрузке на активный ил - высоконагружаемые, обычные и низконагружаемые.

По числу ступеней - одно-, двух- и многоступенчатые.

По конструктивным признакам - прямоугольные, круглые, комбинированные, противоточные, шахтные, фильтротенки, флототенки и др.

По типу систем аэрации - с пневматической, механической, комбинированной гидродинамической или пневмомеханической.

Аэротенки могут быть успешноприменены для полной или частичной очистки многих видов сточных вод в широком диапазоне концентраций загрязнений и расходов сточных вод.

Существуют различныеклассификации (схемы работы) аэротенков: аэротенки-вытеснители, аэротенки-смесители и аэротенки с рассредоточенным выпуском сточной жидкости (промежуточного типа).

В аэротенках-вытеснителях , имеющих один - четыре коридора, вода и ил подаются в начало сооружения, а смесь отводится в конце его. Теоретически режим потока в вытеснителях должен быть поршневым без продольного перемешивания. Их применяют для очистки сравнительно слабо загрязненных городских и подобных им производственных сточных вод (БПК п до 500 мг/л).Однако, в коридорных аэротенках существует значительное продольное перемешивание. В большей степени режиму вытеснителя соответствуют конструкции аэротенков ячеистого типа.

Аэротенкячеистого типа представляет собой прямоугольное в плане сооружение, разделенное на ряд отсеков поперечными перегородками. Смесь из первого отсека переливается во второй (снизу), из, второго - в третий (сверху) и т. д. В каждой ячейке устанавливается режим полного смешения, а сумма ряда последовательно расположенных смесителей составляет практически идеальный вытеснитель.

Ваэротенках-смесителях сточная вода и ил подводятся и отводятся равномерно вдоль длинных сторон сооружения на расстоянии 3 – 4 м друг от друга и перемешиваются почти со всем объемом воды сооружения. Иловая смесь, таким образом, протекает не вдоль, апоперек аэротенка. Аэротенк-смеситель применяют обычно для очисткипроизводственных сточных вод с высокой концентрацией органических загрязнений, а также при резкихколебаниях концентрации загрязняющих веществ в сточной воде.Принимается, что поступающая смесь очень быстро (в расчетах мгновенно) смешивается с содержимым всего сооружения.

В аэротенкахпромежуточного типа можно рассредоточенно подать либо воду, либо ил с отводом смеси сосредоточенно в конце аэротенка. На практике применяется первый тип - с рассредоточенной подачей воды. Ихприменяют для очистки смесей промышленных и городских сточных вод.

Время пребывания сточных вод в аэротенках составляет 8 – 10 ч.

В аэротенках с разными структурами потока существенно различны и условия развития популяциимикроорганизмов . В аэротенках-вытеснителях нагрузка на ил и скорость потребления кислорода максимальны в начале сооружения и минимальны в конце. Если воздух подается равномерно по всей длине аэротенка, то в начале процесса может отмечаться глубокийдефицит кислорода . Условия развития популяции микроорганизмов в этой системе оптимальны только в какой-то средней части сооружения, где имеется соответствие между уровнем питания и наличием растворенного кислорода. Аэротенки-вытеснители плохо справляются с залповыми перегрузками по загрязнениям, в них нельзя, существенно повысить рабочую концентрацию ила.

Рис. 6.6. Схемы аэротенков:

а - вытеснители;б - смесители;в - с рассредоточенным впуском воды;

г - с неравномерно распределенной подачей жидкости типа АНР;

д - с регенераторами;е - ячеистого типа; I - сточная вода;

II - активный ил; III - иловая смесь; 1 - аэротенк; 2 - вторичный отстойник; 3 - регенератор.

Нагрузка на ил, скорости процесса изъятия загрязнений и потребление кислорода в аэротенках-смесителях (называемых также аэротенками полного смешения) постоянны во всем объеме сооружения. Ил находится в одной достаточно узкой стадии развития культуры, обусловленной величиной нагрузки на ил. Условия существования культуры близки к оптимальным. Однакокачество очищенной воды при прочих равных условиях может оказаться несколько ниже, чем в аэротенках-вытеснителях, поскольку в силу особенностей гидродинамической структуры потока, обусловливающих вероятность попадания части только что поступившей сточной воды в отводную систему, снижается общий эффект очистки. Эта вероятность тем выше, чем ближе конструкция сооружения к идеальному смесителю.

Прирассредоточенной подаче жидкости полная нагрузка по загрязнениям достигает максимума к концу сооружения, но степень очистки воды может быть очень высокой, так как по мере продвижения смеси по аэротенку ранее поданные загрязнения успевают срабатываться и к концу аэротенка уровень питания истинный (а не расчетный) может соответствовать состоянию ила с высокой окислительной способностью.

Аэротенк срассредоточенной подачей воды имеет тот женедостаток , что и аэротенк-вытеснитель: отсутствие оптимальных условий по кислородному режиму в сооружении. Однако общая масса ила в аэротенке с рассредоточенной подачей воды выше, чем в вытеснителе, в связи с чем пропускная способность этого аэротенка также выше.

Аэротенки-вытеснители коридорного типа применяют при начальной БПК полн не более 500 мг/л. Ширина коридоров принята 4,5; 6 или 9 м, шаг длины коридора равен 6 м.

Аэротенки-смесители рекомендуется применять для сточных вод с высокой начальной БПК, а также при резких колебаниях состава воды. Практически все аэротенки небольшого размера с механическими аэраторами относятся к типу аэротенков-смесителей. Наибольшее распространение получили аэротенки-смесители, совмещенные со вторичными отстойниками.

Заключительным этапом обработки городских сточных вод является ихобеззараживание . В качествеобеззараживающего агентачаще всего используютхлор , как газообразный, так и в виде хлорной извести. Однако у метода хлорирования сточных вод есть серьезные гигиенические и экологическиеограничения . При хлорировании в сточной воде образуются стойкиехлорорганические соединенияв токсичных для биоты водного объекта и человекаконцентрациях . Немаловажна и высокаявзрывоопасность складов жидкого хлора. В последние годы в практикуобеззараживаниясточных вод успешно внедряется методультрафиолетового облучения.

В регионах с высокой плотностью населения и при малой мощности водных объектов – приемников сточных вод традиционныесхемы очистки городских сточных вод не могут обеспечить должного гигиеническогоэффекта главным образом из-за того, что даже биологически очищенные воды содержат большое количествобиогенных элементов– фосфора, калия и азота. Традиционныеметоды очистки городских сточных вод не освобождают их от синтетических органических веществ, порой вредных и опасных с токсикологической точки зрения. Совокупностьдополнительных методов обработки сточных вод получила названиедоочистки . Этокомплекс методов и приемов, выходящих за пределы этапов механической и биологической очистки, направленный на достижение нормативного качества восстановленной воды.

..

Доочистка сточных вод в прудах происходит как за счет дополнительного более продолжительного и глубокого отстаивания, так и за счет биологических процессов (в теплое время года). В настоящее время пруды эксплуатируются на сооружениях канализации ряда промышленных предприятий (Кстово, Северодонецк, Караганда, 1 озополоцк и др.).[ ...]

Наблюдения за работой естественно аэрируемых прудов на Ново-Горьковском нефтеперерабатывающем заводе, проведенные кафедрой канализации МИСИ им. В. В. Куйбышева совместно с лабораторией завода, позволили установить причины низкой эффективности таких прудов и показали целесообразность применения и русственной аэрации. Для этой цели была разработана и применена конструкция плавающего аэратора поверхностного типа.[ ...]

На рис. 6.11 показаны аэрируемые биологические пруды, предназначаемые для доочистки сточных вод. Пруды запроектированы на площади 7,25 га при глубине 3 м. Нагрузка на 1 га -3448 м3/сут, продолжительность пребывания воды в прудах - 8,7 сут. Пруды имеют две секции, каждая секция состоит из пяти ступеней. Между ступенями и секциями имеются перепуски. Первые четыре ступени прудов оборудуются механическими аэраторами, пятая ступень - отстойная. Эффект очистки по БПК20 -до 75%, по взвешенным веществам -до 80%.[ ...]

Аэрируемые биологические пруды применяются и с рециркуляцией активного ила, что позволяет значительно повысить интенсивность процесса очистки. Применение рециркуляции целесообразно при концентрации поступающей СТОЧНОЙ ВОДЫ по БПКполн выше 300 мг/л.[ ...]

Аэрируемые биологические пруды могут предназначаться также для доочистки сточных вод молочной, мясной и дрожжевой промышленности с концентрацией загрязнений по БПКполн До 40-60 мг/л во И, III и IV климатических районах. Продолжительность доочистки сточных вод в аэрируемых прудах может определяться так же, как и продолжительность очистки сточных вод в прудах, причем эффект очистки для одной ступени рационально принимать равным также 50%. Биологические пруды могут быть одноступенчатыми в зависимости от концентрации загрязнений поступающей на доочистку воды и от требуемой концентрации после доочистки. Удельный расход кислорода на аэрацию в биологических прудах для доочистки следует принимать 2 мг/мг снятой БПКполн- Система аэрации может быть механическая и пневматическая.[ ...]

При доочистке сточных вод в аэрируемых биологических прудах рекомендуется использовать подвижные аэраторы (рис. 6.12). При работе аэратора возникает пара реактивных сид причем вращение аэратора вокруг собственной оси вызывает вращение его вокруг неподвижной опоры. При проектировании подвижных аэраторов на тяге следует установить шарнир для восприятия волновых воздействий на пруду. Понтоны следует располагать на расстоянии не менее двух диаметров аэратора О от его центра. Расстояние от опоры до центра ротора аэратора рекомендуется принимать равным радиусу действия аэратора (до ЪЬ). Площадь зоны действия каждого аэратора может быть увеличена минимум в 4-5 раз по сравнению с аэраторами, установленными стационарно. Минимальное расстояние между опорами аэратора должно составлять 10£>. Глубину пруда допускается принимать не менее 3 м.[ ...]

Для увеличения силы тяги аэратора целесообразно предусмотреть возможность небольшого отклонения оси аэратора от вертикали в плоскости осей аэратора и рукояти. При этом внешние по отношению к неподвижной опоре лопатки будут больше заглублены и возникнет дополнительный гребной эффект. В альгализированных биологических прудах наряду с бактериальной микрофлорой в процессе изменения величины ВПК принимают существенное участие и микроводоросли. В поступающей в биологические пруды сточной воде наблюдается резко выраженный процесс трансформации органических веществ сточных вод в вещество клеток микроводорослей, а это приводит к увеличению ВПК.[ ...]

Иногда вместо обычных проточных или контактных биологических прудов для доочистки сточной воды применяются биологические окси-дационньщ, контактные стабилизационные (БОКС) пруды, в которых происходит альгализация специально подобранными и выращенными на сточных водах микроводорослями, что обеспечивает полное биологическое обеззараживание сточных вод. Этот тип прудов разработан во ВНИИ по сельскохозяйственному использованию сточных вод и находит большое применение в районах с теплым климатом.

Биологический (или биохимический) метод очистки сточных вод применяется для очистки производственных и бытовых сточных вод от органических и неорганических загрязнителей. Данный процесс основан на способности некоторых микроорганизмов использовать загрязняющие сточные воды вещества для питания в процессе своей жизнедеятельности.

Основной процесс, протекающий при биологической очистке сточных вод, - это биологическое окисление. Данный процесс осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), состоящим из множества различных бактерий, простейших водорослей, грибов и др., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма).

Главенствующая роль в этом сообществе принадлежит бактериям.

Очистку сточных вод рассматриваемым методом проводят в аэробных (т. е. в присутствии растворенного в воде кислорода) и в анаэробных (в отсутствие растворенного в воде кислорода) условиях.

Очистка сточных вод в природных условиях

Аэробные процессы биохимической очистки могут протекать в природных условиях и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Искусственными сооружениями являются аэротенки и биофильтры разной конструкции. Тип сооружений выбирают с учетом местоположения завода, климатических условий, источника водоснабжения, объема промышленных и бытовых сточных вод, состава и концентрации загрязнений. В искусственных сооружениях процессы очистки протекают с большей скоростью, чем в естественных условиях.

Поля орошения

Это специально подготовленные земельные участки, используемые одновременно для очищения сточных вод и агрокультурных целей. Очистка сточных вод в этих условиях идет под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений.

В почве полей орошения находятся бактерии, актиномицеты, дрожжи, грибы, водоросли, простейшие и беспозвоночные животные. 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.

Земледельческие поля орошения имеют следующие преимущества перед аэротенками:

• снижаются капитальные и эксплуатационные затраты;
• исключается сброс стоков за пределы орошаемой площади;
• обеспечивается получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных растений;
• вовлекаются в сельскохозяйственный оборот малопродуктивные земли.

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 пру¬дах 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.

Часть территории земледельческого поля орошения отводят под резервное поле фильтрации, так как некоторые периоды года не допускают выпуск сточной воды на поля орошения.
В зимнее время сточную воду направляют только на резервные поля фильтрации. Так как в этот период фильтрация сточной воды или прекращается полностью или замедляется, то резервное поле фильтрации проектируют с учетом площади на-мораживания.

Биологические пруды

Представляют собой каскад прудов, состоящий из 3-5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Пруды предназначены для биологической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Различают пруды с естественной или искусственной аэрацией. Пруды с естественной аэрацией имеют небольшую глубину (0,5-1 м), хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами. 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.

Пруды с искусственной аэрацией имеют значительно меньший объем, и требуемая степень очистки в них обычно достигается за 1-3 суток. Азрирующие устройства могут быть механического и пневматического типа.

При расчете прудов определяют их размеры, обеспечивающие необходимую продолжительность пребывания в них сточных вод. В основе расчета определение скорости окисления, которую оценивают по БПК и принимают для вещества, разлагающегося наиболее медленно.

Существуют разные варианты устройства прудов: серийные или каскадные, и непроточные. 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.

Для нормальной работы необходимо соблюдать оптимальные значения рН и температуры сточных вод. Температура должна быть не менее 6°С. В зимнее время пруды не работают, их обычно опорожняют и могут использовать 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.

Очистка в биофильтрах

Биопленка растет на наполнителе биофильтра, она имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1-3 мм и более. Эта пленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей и других организмов. Число микроорганизмов в биопленке меньше, чем в активном иле.

Биологические фильтры достаточно широко применяются для очистки бытовых и производственных сточных вод при их объемном расходе до 30 тыс. м3/сут.

Биофильтры - искусственные сооружения биологической очистки представляют собой круглые или прямоугольные в плане сооружения, загруженные фильтрующим материалом, на поверхности которого выращивается биопленка; изготовляются они из железобетона или кирпича. Сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытой пленкой из микроорганизмов; отработанная (омертвевшая) биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.

По типу загрузочного материала биофильтры делятся на две категории: с объемной (зернистой) и плоской загрузкой. В качестве зернистой загрузки используют щебень, гравий, гальку, шлак, керамзит, керамические и пластмассовые кольца, кубы, шары, цилиндры и т.п. Плоская загрузка - это металлические, тканевые и пластмассовые сетки, решетки, блоки, гофрированные листы, пленки 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 высотой 1 м и имеют производительность до 1000 м3/сут, на них достигается высокая степень очистки. В высоконагружаемых фильтрах применяется больший размер кусков загрузки, а ее высота составляет 2-4 м.

Высота загрузки в башенных биофильтрах достигает 8-16 м. Два последних вида фильтров применяются при расходах сточных вод до 50 тыс.м3/сут как для полной, так и неполной биологической очистки.

Применяются также погружные (дисковые) биофильтры. Они представляют собой резервуар, в котором имеется вращающийся вал с насаженными на него дисками, попеременно контактирующими со сточной водой и воздухом.

Биотенк-биофильтр представляет собой корпус, в котором заключены элементы загрузки, расположенные в шахматном порядке. Эти элементы выполнены в виде полуцилиндров, орошаются сверху водой, которая, наполняя элементы загрузки стекает через края вниз. На наружных поверхностях элементов образуется биопленка, в элементах - биомасса, напоминающая активный ил. Конструкция обеспечивает высокую производительность и эффективность очистки.

По принципу поступления воздуха в толщу аэрируемой загрузки фильтры могут быть с естественной и принудительной аэрацией. При поступлении сточных вод с БПКП> 300 мг/л во избежание частого заиливания поверхности биофильтра предусматривается рециркуляция - возврат части очищенной воды для разбавления исходами точной воды.

Применение биофильтров ограничивается возможностью их заиливания, снижением окислительной мощности в процессе эксплуатации, появлением неприятных запахов, трудностью равномерного наращивания пленки.

Очистка в аэротенках

Аэробная биологическая очистка больших объемов вод осуществляется в аэротенках - прямоугольных в плане железобетонных сооружениях со свободно плавающим в объеме обрабатываемой воды активным илом, бионаселение которого использует загрязнения сточных вод для своей жизнедеятельности.

Аэротенки можно классифицировать по следующим признакам:

Аэротенки используются в чрезвычайно широком диапазоне расходов сточных вод от нескольких сот до миллионов кубических метров в сутки.

В аэротенках-смесителях воду и ил вводят равномерно вдоль длинных стен коридора аэротенка. Полное смешение в них сточной воды с иловой смесью обеспечивает выравнивание концентраций ила и скоростей процесса биохимического окисления. Нагрузка загрязнений на ил и скорость окисления загрязнений практически неизменны по длине сооружения. Они наиболее пригодны для очистки концентрированных (БПКп до 1000 мг/л) производственных сточных вод при значительных колебаниях их расхода и концентрации загрязнений. В аэротенках-вытеснителях воду и ил подают в начало сооружения, а смесь отводят в конце его. Аэротенк имеет 3-4 коридора. Теоретически режим потока поршневой без продольного перемешивания. На практике существует значительное продольное перемешивание. Нагрузка загрязне¬ний на ил и скорость окисления изменяются от наибольших 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 рассре доточенной подачей воды по его длине единичные нагрузки на ил уменьшаются и становятся более равномерными. Такие сооружения используются для очистки смесей промышленных и городских сточных вод.

Работа аэротенка неразрывно связана с нормальной работой вторичного отстойника, из которого возвратный активный ил непрерывно перекачивается в аэротенк. Вместо вторичного отстойника для отделения ила от воды может быть использован флотатор.

Основные технологические схемы очистки в аэротенках приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 — Основные технологические схемы очистки сточных вод в аэротенках. а — одноступенчатый аэротенк без регенерации; б — одноступенчатый аэротенк с регенерацией; в — двухступенчатый аэротенк без регенерации; г — двухступенчатый аэротенк с регенерацией; 1 — подача сточной воды; 2 — азротенк; 3 — выпуск иловой смеси; 4 — вторичный отстойник; 5 — выпуск очищенной воды; 6 — выпуск отслоенного активного ила; 7 — иловая насосная станция; 8 — подача возвратного активного ила; 9 — выпуск избыточного активного ила; 10 — регенератор; 11 — выпуск сточных вод после первой ступени очистки; 12 — аэротенк второй ступени; 13 — регенератор второй ступени.

В одноступенчатой схеме без регенератора нельзя интенсифицировать процесс очистки стоков. При наличии регенератора в нем заканчиваются процессы окисления и ил приобретает первоначальные свойства. Двухступенчатая схема применяется при высокой исходной концентрации органических загрязнений в воде, а также при наличии в воде веществ, скорость окисления которых резко различается. На первой ступени очистки БПК сточных вод снижается на 50-70 %.

Для обеспечения нормального хода процесса биологического окисления в аэротенк необходимо непрерывно подавать воздух. При аэрации должна быть обеспечена большая поверхность контакта между воздухом, сточной водой и илом, что является необходимым условием эффективной очистки.

Система аэрации представляет собой комплекс сооружений и специального оборудования, обеспечивающего снабжение жидкости кислородом, поддержание ила во взвешенной 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 три системы аэрации: пневматическая, механическая и комбинированная.

При механической аэрации перемешивание осуществляется механическими устройствами (мешалками, турбинками, щитками и т.п.), которые обеспечивают дробление струй воздуха, вовлеченного непосредственно из атмосферы вращающимися частями аэратора (ротором).

Пневматическую аэрацию, при которой воздух нагнетается в аэротенк под давлением, подразделяют на три типа в зависимости от размера пузырьков воздуха: на мелкопузырчатую (1 - 4 мм), среднепузырчатую (5-10 мм), крупнопузырчатую (более 10 мм), В качестве распределительного устройства для воздуха в мелкопузырчатой системе аэрации применяются диффузоры, изготовленные из керамики. Пластмассы, ткани в виде фильтросных пластин, трубок, куполов. Для получения среднепуэырчатой аэрации применяют перфорированные трубы, щелевые и другие устройства. Крупнопузырчатая аэрация создается открытыми трубами, соплами и т.п.

Современный аэротэнк - это гибкое в технологическом отношении сооружение, представляющее собой железобетонный резервуар коридорного типа, оборудованный аэрационной системой. Рабочую глубину аэротенков принимает от 3 до 6 м, отношение ширины коридора 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.

Окситенки

Окситенки - это сооружения биологической очистки, в которых вместо воздуха используется технический кислород или воздух, обогащенный кислородом.

Основным отличием окситенка от аэротенка, работающего на атмосферном воздухе, является повышенная концентрация ила. Это связано с увеличенным массообменом кислорода между газовой и жидкой фазами.

Конструктивная схема окситенка представлена на рисунке 3. Он представляет собой резервуар, круглой в плане формы с цилиндрической перегородкой, которая отделяет зону аэрации от зоны илоотделения.

Рисунок 3 — Конструктивная схема окситенка

В средней части цилиндрической перегородки прорезаны окна для перемещения иловой смеси из зоны аэрации в илоотделитель, в нижней части — для поступления возвратного ила в зону аэрации. В зону аэрации с помощью турбоаэратора подается кислород.

Сточная вода поступает в зону аэрации по трубе. Под воздействием скоростного напора, развиваемого турбоаэратором, иловая смесь через окна поступает в илоотделитель, в котором жидкость движется по окружности; при этом происходит интенсивное отделение и уплотнения ила. Очищенная вода проходит через слой взвешенного активного ила, доочищается от различных загрязнений, поступает в сборный лоток и отводится по трубке. Возвратный активный ил опускается по спирали вниз и через окна поступает в камеру аэрации.

Кроме рассмотренных сооружений биологической очистки для этих же целей могут быть использованы погружные биофильтры, аэротенки с заполнителями, анаэробные биофильтры. В этих сооружениях активный ил частично находится во взвешенном состоянии, а частично — в прикрепленном к материалу загрузки, т. е. они занимают промежуточное положение между аэротенками и биофильтрами.

Анаэробные методы биохимической очистки

Анаэробные методы обезвреживания используют для сбраживания осадков, образующихся при биохимической очистке производственных сточных вод, а также как первую ступень очистки очень концентрированных промышленных сточных вод (БПКполн 4-5 г/л), содержащих органические вещества, которые разрушаются анаэробными бактериями в процессах брожения. В зависимости от конечного вида продукта различают следующие виды брожения: спиртовое, пропионовокислое, молочнокислое, метановое и др. Конечными продуктами броже¬ния являются: спирты, кислоты, ацетон, газы брожения (СО2, Н2, СН4).

Для очистки сточных вод используют метановое брожение. Этот процесс очень сложный и многостадийный. Механизм его окончательно не установлен. Считают, что процесс метанового брожения состоит из двух фаз: кислой и щелочной (или метано-вой). В кислой фазе из сложных органических веществ образуются низшие жирные кислоты, спирты, аминокислоты, аммиак, глицерин, ацетон, сероводород, диоксид углерода и водород. Из этих промежуточных продуктов в щелочной фазе образуются метан и диоксид углерода. Предполагается, что скорости превращений веществ в кислой и щелочной фазах одинаковы.

Процесс брожения проводят в метантенках - герметически закрытых резервуарах, для ввода несброженного и отвода сброженного осадка. Схема метантенка показана на рисунке 4.

Рисунок 4 — Метантенк

Перед подачей в метантенк осадок должен быть по возможности обезвожен.

Основными параметрами аэробного сбраживания являются температура, регулирующая интенсивность процесса, доза загрузки осадка и степень его перемешивания. Процессы сбраживания ведут в мезофильных (30 - 35 °С) и термофильных (50 - 55 °С) условиях. Метантенк представляет собой железобетонный резервуар с коническим днищем, снабженный устройством для улавливания и отвода газа, а также оборудованный подогревателем и мешалкой. Применяются метантенки диаметром до 20 м и полезным объемом до 4000 м3.

Перемешивание производится механическими мешалками или гидравлическими насосами. Использование для этой цели насосов основано на перекачивании донных слоев осадка в верхние. Это приводит к рыхлению бродящей массы, т.к. в процессе перемешивания происходит выделение газа. Впуск и выпуск осадков производится с помощью насосов.

Метантенки применяются для минерализации осадков бытовых и производственных сточных вод, содержащих доступные для микроорганизмов органические вещества.

Полного сбраживания органических веществ в метантенках достичь нельзя. Все вещества имеют свой предел сбраживания, зависящий от их химической, природы. В среднем степень распада органических веществ составляет около 40%.

Для достижения высокой степени анаэробного сбраживания необходимо соблюдать по возможности высокую температуру процесса, концентрацию беззольного вещества более 15 г/л, интенсивную степень перемешивания, рН среды 6,8-7,2. Снижают эффективность сбраживания присутствие катионов тяже¬лых металлов (меди, никеля, цинка); избыток ионов NH4+, сульфидов, некоторых органических соединений и в том числе детергентов.

Процесс брожения сточных вод ведут в две ступени. При этом часть осадка из второго метантенка возвращают в первый, В первой ступени обеспечивают хорошее перемешивание.

Основным условием работы метантенка является наличие в нем сброженного осадка, обильно заселенного микроорганизмами, адаптированными к данному загрязнению. Сброженный осадок получают в пусковой период очистного сооружения. Для сокращения пускового периода в сооружение вводят зрелый осадок из работающего метантенка или из других источников, например, из канализационных колодцев, так как свежий осадок сбраживается очень медленно (до 6 месяцев). При соотношении 2:1 зрелого осадка к свежему происходит сравнительно быстрая адаптация микроорганизмов к данному загрязнению и резкому сокращению пускового периода.

Пусковой период сопровождается кислым брожением при котором в иловой жидкости накапливаются летучие жирные кислоты, снижается рН, исчезает щелочность. Вся бродящая масса приобретает неприятный запах из-за выделения индола, скатола и меркоптана и серый цвет. В газообразной фазе появляется сероводород, убывает содержание метана и возрастает количество СО2.

Разлагающаяся часть осадка сточных вод состоит главным образом из углеводов, жиров и белковых веществ. Находясь в одинаковых условиях, эти составные части осадка минерализуются с различными скоростями и достигают различной величины разложения. Возбудителями метанового брожения в метантенке являются те же группы микробов, которые участвуют в минерализации органического вещества в двухярусном отстойнике. Только в метантенке эти процессы протекают более напряженно из-за того, что в нем создаются благоприятные условия для развития анаэробной микрофлоры.

Наиболее интенсивно процессы распада протекают в термофильных условиях. Термофильные микроорганизмы имеют весьма энергичный обмен веществ; процессы осмотического всасывания и удаления ненужных веществ из клеток протекает быстрее, чем у мезофиллов. При термофильном брожении распад органического вещества достигает 55 – 65 %. Кроме того, в этих условиях происходит отмирание патогенной микрофлоры кишечной группы.

Процессы распада можно ускорить введением в бродящую массу концентрированных «биокатализаторов», которые состоят из смеси энзимов, выделяемых бактериями, разлагающими органическое вещество.

При брожении в метантенках из одного кубометра твердой фазы сточной жидкости образуется от 10 до 18 м3 газа, который в среднем содержит 63-65% метана, 32-34% СО2. Теплотворная способность газа 23 МДж/кг. Его сжигают в топках паровых котлов. Пар используют для нагрева осадков в метантенках или для других целей.

Осадок твердой фазы, не разрушенной при брожении, содержат минеральные и органические вещества, необходимые для нормального развития растений, поэтому его можно использовать как удобрение. Кроме того сброженный осадок используют в виде топлива. Для этого его подсушивают на иловых площадках, а затем формуют в топливные брикеты.

Широкое использование биохимического метода обусловлено:

1. Возможностью удалять из сточных вод разнообразные органические и некоторые неорганические соединения, находящиеся в воде в растворенном, коллоидном и нерастворенном состоянии, в том числе и токсичные;
2. Простатой аппаратурного оформления;
3. Относительно невысокими эксплуатационными затратами;
4. Глубиной очистки

К недостаткам метода относятся:

1. Высокие капитальные затраты;
2. Необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки;
3. Токсичное действие на микроорганизмы ряда органических и неорганических соединений;
4. Необходимостью разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей.

Для определения возможности подачи промышленных сточных вод на биохимические очистные сооружения устанавливают максимальную концентрацию токсических веществ, которые не влияют на процессы биохимического окисления и на работу очистных сооружений. При отсутствии таких данных возможность биохимического окисления устанавливается по биохимическому показателю: при отношении БПК п/ХПК > 50 % вещества поддаются биохимическому окислению. При этом необходимо, чтобы сточные воды не содержали ядовитых веществ и примесей солей тяжелых металлов. Биохимическую очистку считают полной, если БПКп сточной воды <20 мг /л и неполной, если БПКп > 20 мг /л.