Очистка в искусственных сооружениях
В искусственных условиях очистку проводят в аэротенках или биофильтрах.
1) Очистка в аэротенках.
Аэротенкаминазывается железобетонные аэрируемые резервуары. Процесс очистки воды в аэротенке идет по мере протекания через него аэрируемой смеси сточной воды и активного ила.
Аэротенки подразделяют по следующим основным признакам:
а) по гидродинамическому режиму:
♦ аэротенки вытеснения,
♦ аэротенки смесители,
♦ аэротенки промежуточного типа;
б) по способу регенерации активного ила:
♦ аэротенки с отдельной регенерацией,
♦ аэротенки без отдельной регенерации;
в) по нагрузке на активный ил:
♦ высоконагруженные,
♦ низконагруженные;
г) по количеству ступеней:
♦ одноступенчатые,
♦ двухступенчатые,
♦ многоступенчатые.
Наиболее распространенные аэротенки коридорного типа, работающие на вытеснении.
Одноступенчатые схемы без регенерации ила применяют при БПКполн. сточной воды не более 150 мг/л.
Схемы аэротенков с различной структурой потоков сточной воды и возвратного активного ила показаны на рисунке 11.71 (слайд 55).
Изучен процесс биохимической очистки с отделением активного ила не во вторичных отстойниках, а во флотаторах, рис. 11.75 (слайд 56).
2) Очистка в биофильтрах.
Биофильтры– это сооружения, в корпусе которых размещается кусковая насадка и предусмотрены распределительные устройства для сточной воды и воздуха.
В биофильтрах сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытый пленкой из микроорганизмов. Микроорганизмы биопленки окисляют органические вещества, используя их как источник питания и энергии. В качестве загрузки используются материалы с высокой пористостью (гравий, щебень, шлак, керамзит, металлические сетки, скрученные в рулоны).
В настоящее время предложено большое число конструкций биофильтров, которые делятся на биофильтры, работающие с полной и неполной биологической очисткой, с естественной и искусственной подачей воздуха, с рециркуляцией и без рециркуляции сточных вод.
Биопленка выполняет те же функции, что и активный ил.
Анаэробные методы биохимической очистки
Анаэробные методы обезвреживания используют для сбраживания осадков, образующихся при биохимической очистке производственных сточных вод.
В зависимости от конечного продукта различают следующие виды брожения:
1) спиртовое
2) пропионово-кислое
3) молочно-кислое
4) метановое и т.д.
Конечными продуктами брожения являются спирты, кислоты, ацетон, СО2, Н2, СН4.
Для очистки сточных вод используют метановое брожение.
Основная реакция метанового брожения может быть записана уравнением:
СО2 + 4Н2А → СН4 + 4А + 2Н2О, где
Н2А – органическое соединение.
Процессы брожения проводят в метантенках – герметически закрытых резервуарах.
Процессы сбраживания ведут в мезофильных (30-35°С) и термофильных (50-55°С) условиях. Полного сбраживания органических веществ достичь нельзя. Все вещества имеют свой предел сбраживания, зависящий от химической природы.
В среднем до 40% органического вещества подвергается распаду.
Существуют ПДК токсичных веществ, при которых возможно метановое брожение:
| Вещество | Единица измерения | Толуол | Ацетон | Бензол | Хром | Си |
| Сr3+/Сr6+ | ||||||
| ПДК | мг/л | 25/3 |
Процес брожения сточных вод ведут в две ступени. При этом часть осадка из второго метантенка возвращают в первый. В первой ступени обеспечивают хорошее перемешивание. При сбраживании выделяются газы, которые в среднем содержат 63-65% СН4, 32-34% СО2.
Теплотворная способность газа 23 МДж/кг. Его сжигают в топках паровых котлов.
Обработка осадков
В процессе биохимической очистки в первичных и вторичных отстойниках образуются большие массы осадков, которые необходимо утилизировать или обрабатывать с целью уменьшения загрязнения биосферы. Эти операции весьма затруднены, поскольку осадки имеют разный состави большую влажность.
Их подразделяют на три группы:
1) осадки в основном минерального состава,
2) осадки органического состава,
3) смешанные осадки.
Осадки характеризуются:
1) содержанием сухого вещества (в г/л или в %),
2) содержанием беззольного вещества (в % от массы сухого вещества),
3) элементным составом,
4) кажущейся вязкостью и текучестью,
5) гранулометрическим составом.
Осадки сточных вод представляют собой трудно фильтруемые суспензии.
Во вторичных отстойниках в осадке находится избыточный активный ил, объем которого в 1,5-2 раза больше, чем объем осадка из первичного отстойника.
В осадках содержится 60-65% свободной воды и 30-35% - связанной (коллоидно-связанная). Связанную воду выделяют путем введения коагулянтов.
Основными стадиями обработки осадков являются:
1) уплотнение активного ила,
2) стабилизация осадков,
3) кондиционирование осадков,
4) тепловая обработка,
5) жидкофазное окисление,
6) обезвоживание,
7) сжигание.
1) Уплотнение активного иласвязано с удалением свободной влаги. При уплотнении осадков удаляется 60% влаги, и масса осадка сокращается в 2,5 раза. Наиболее трудно уплотняется активный ил.
Для уплотнения используют следующие методы:
♦гравитационный,
♦ флотационный,
♦ центробежный,
♦вибрационный.
2) Стабилизация осадков. Этот процесс проводят дляразрушения биологически разлагаемой части органического вещества на диоксид углерода, метан и воду.
Стабилизацию ведут при помощи микроорганизмов в анаэробных и аэробных условиях. Наиболее широкое распространение получили метантенки.
3) Кондиционирование осадков - это процесс предварительной подготовки осадков перед обезвоживанием или утилизацией.
Кондиционирование проводят реагентными и безреагентными способами.
При реагентной обработке осадка происходит коагуляция коллоидных частиц. Наиболее эффективным коагулянтом является смесь хлорного железа и извести.
4) Тепловая обработка – это нагревание осадка в автоклавах до 170-200°С в течение 1 часа. За это время разрушается коллоидная структура осадка, часть его переходит в раствор, а остальная – уплотняется и фильтруется.
5) Жидкофазное окисление заключается в том, что органическое вещество осадка окисляют кислородом воздуха при высокой температуре и давлении.
6) Обезвоживание осадков. Осадки обезвоживают на иловых площадках и механическим способом.
Иловые площадки – это участки земли (корты) со всех сторон окруженные валами.
Термические методы обработки осадков. Сушку осадков производят в случае их подготовки к рекуперации. Для сушки применяют конвективные сушилки. В качестве сушильного агента используют топочные газы, перегретый пар и горячий воздух. Наиболее часто применяют дымовые газы при 500-800°С. Широкое распространение для термической сушки обезвоженных осадков сточных вод получили барабанные сушилки.
7) Сжигание проводят в тех случаях, когда их утилизация невозможна или нецелесообразна, а также отсутствуют условия для их складирования.
Рекуперация активного ила
Считая на сухое вещество, активный ил содержит 37-52% белков, 20-35% аминокислот, а также витамины группы В.
Он может быть использован для кормления сельскохозяйственных животных, рыб и птиц.
Разработаны различные технологические схемы получения белково – витаминных кормовых продуктов (белвитамила), кормовых дрожжей и получения витамина В12 для комбикормовых заводов.
Разработана технология получения активного угля. В этих целях активный ил подкисляют и смешивают с формальдегидом. Далее проводят карбонизацию, то есть пиролиз в печах без доступа воздуха при 700-800°С.