Методы биологической очистки производственных сточных вод в искусственных условиях

Всю совокупность сооружений биологической очистки целесообразно делить на три группы по признаку расположения в них активной биомассы. В сооружениях первой группы активная биомасса закреплена на неподвижном материале, а сточная вода тонким слоем скользит по материалу загрузки. В сооружениях второй группы активная биомасса находится в воде в свободном (взвешенном) состоянии. В сооружениях третьей, промежуточной группы сочетаются оба варианта расположения биомассы.

Первую группу сооружений составляют биофильтры, вторую – аэротенки, циркуляционные окислительные каналы, окситенки; третью – погружные биофильтры, биотенки, аэротенки с заполнителями.

1) Биофильтр – аппарат, загруженный фильтрующим материалом, на поверхности которого развиваются микроорганизмы (биопленка). Эти микроорганизмы потребляют субстрат, который является загрязнением сточной воды, протекающей через фильтрующий материал.

Биофильтры подразделяются на два вида:

- с объемной загрузкой;

- с плоскостной загрузкой.

Биофильтры с объемной загрузкой в свою очередь подразделяются на следующие типы:

- капельные с фракциями загрузочного материала 20-30 мм и высотой слоя загрузки 1-2 м;

- высоконагруженные с фракциями 40-60 мм и высотой слоя 2-4 м;

-башенные с фракциями 60-80 мм и высотой слоя 8-16 м.

Капельные биофильтры рекомендуется применять при расходах сточных вод до 1000 м³/сут, а высоконагруженные и башенные – при расходах до 30-50 тыс. м³/сут.

В биофильтрах с объемной загрузкой используются загрузочные материалы: щебень, гравий, шлак, керамзит. Плотность материалов от 500 до 1500 кг/м³, пористость 40-50 %.

Биофильтры с плоскостной загрузкой подразделяют по типу загрузки:

- с жесткой засыпной загрузкой в виде колец и обрезков труб из керамических, пластмассовых и металлических материалов, плотностью 100-600 кг/м³ и пористостью 70-90 % при высоте слоя 1-6 м;

- с жесткой блочной загрузкой в виде решеток или блоков из пластмассовых листов плотностью 40-100 кг/м³ , пористостью 90-97 % при высоте слоя от 2 до 16 м или асбоцементных листов плотностью 200-250 кг/м³ , пористостью 80-90 % при высоте слоя от 2 до 6 м;

- с мягкой загрузкой из металлических сеток, синтетических пленок или тканей, которые крепятся на каркасах или укладываются в виде рулонов плотностью 5-60 кг/м³ , пористостью 94-99 % при высоте слоя от 3 до 8 м.

Кроме того, применяют погружные биофильтры, представляющие собой резервуары, в которых размещены вращающиеся диски, попеременно контактирующие при вращении со сточной водой и воздухом. Диаметр дисков от 0,6 до 3 м, частота вращения – 1-40 об/мин.

Биофильтры с жесткой и мягкой засыпкой рекомендуется применять при расходах сточных вод до 10 тыс. м³/сут, с жесткой блочной засыпкой – до 50 тыс. м³/сут, погружные биофильтры – до 500 тыс. м³/сут.

2) Аэротенк – железобетонный резервуар с аэрацией. Процесс очистки идет по мере протекания через него аэрированной смеси сточной воды и активного ила. Аэрация необходима для насыщения воды кислородом и поддерживания ила во взвешенном состоянии. Биохимические процессы, протекающие в аэротенке могут быть разделены на два этапа: 1) адсорбция поверхностью активного ила органических веществ и минерализация легко окисляющихся веществ и 2) доокисление медленно окисляющихся органических веществ, регенерация активного ила. На втором этапе кислород потребляется медленнее. Поэтому, как правило, аэротенк разделен на две части: регенератор, занимающий 25 % общего объема и собственно аэротенк. Наличие регенератора позволяет очищать более концентрированные сточные воды. Перед аэротенком сточная вода должна содержать не более 150 мг/дм³ взвешенных частиц и не более 25 мг/дм³ нефтепродуктов. Температура сточной воды не должна быть ниже 6 ^оС и выше 30 ^оС, рН в пределах 6,5-9. Аэротенки – это открытые бассейны, оборудованные устройством для аэрации, они бывают двух-, трех- и четырехкоридорные. Глубина аэротенков от 2 до 5 м. Аэротенки классифицируются по следующим признакам:

· по гидродинамическому режиму – на аэротенки-вытеснители, аэротенки-смесители и аэротенки промежуточного типа;

· по способу регенерации активного ила – на аэротенки с отдельной регенерацией и аэротенки без отдельной регенерации;

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

· по количеству ступеней – на одно, двух и многоступенчатые;

· по режиму ввода сточных вод – на проточные, полупроточные, с переменным рабочим уровнем и контактные;

· по конструктивным признакам.

Наиболее распространенными являются аэротенки, работающие как вытеснители, смесители и с комбинированными режимами.

В аэротенках идеального вытеснения концентрация биомассы по длине изменяется незначительно. В начале процесса наблюдается максимальное содержание субстрата и нехватка кислорода, а в конце процесса – отсутствие субстрата и избыток кислорода. Недостатком этих аэротенков является чувствительность к перегрузкам, громоздкость и высокая стоимость.

В аэротенках полного смешения поступающая сточная вода мгновенно перемешивается со всей массой жидкости и активного ила. Это позволяет равномерно распределить органические загрязнения и кислород и проводить процесс при постоянно высоких нагрузках. Однако остаточная концентрация загрязнений в очищенной воде у них больше по сравнению с аэротенками вытеснительного типа.

При аэрации аэротенков на 1 м³ сточных вод подается несколько десятков кубометров воздуха. На практике используют пневматический, механический способы аэрации сточной воды. При пневматической аэрации воздух подается через пористые керамические плиты, при механической – происходит дробление струй воздуха различными устройствами.

Конструкции аэротенков

В аэротенке-отстойнике (рис. 17) зона аэрации отделена от зоны отстаивания. Сточная вода подается в центре, а отводится по лотку 1. В зоне отстаивания образуется слой взвешенного активного ила, через который фильтруется сточная вода. Избыточный активный ил отводится из зоны взвешенного слоя по трубам, а возвратный ил поступает в зону аэрации.

Рис. 17. Аэротенк-отстойник: 1 – лоток; 2 –

Иначе устроен аэротенк-осветлитель (рис. 18). Сточная вода поступает в зону аэрации, где смешивается с активным илом и аэрируется. Затем смесь через окна 1 направляется в зону осветления и зону дегазации. В зоне осветления возникает взвешенный слой активного ила, через который фильтруется иловая смесь. Очищенная вода поступает в лотки и удаляется из аэротенка.

Рис. 18. Аэротенк-осветлитель: 1 –

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