• 5

10,5. ОЧИСТКА В ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЯХ

Б искусственных условиях очистку проводят в аэротенках или биофильтрах.

Очистка в аэротенках. Аэротенками называют железобетон­ные аэрируемые резервуары. Процесс очистки в аэротенке идет

Рис. II-70. Схема установки для биологической очистки: 1 — первичный отстойник; 2 — предаэратор: 3 — аэротснк; 4 — регенератор; 5 — вторичный от- croihmit

 

Осадок

по мере протекания через него аэрированной смеси сточной воды и активного ила (рис. II-70). Аэрация необходима для на­сыщения воды кислородом и поддержания ила во взвешенном состоянии.

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

Биохимические процессы, протекающие в аэротеике, могут быть разделе­ны на два этапа: 1) адсорбция поверхностью активного ила органических веществ и минерализация легко окисляющихся веществ при интенсивном пс треблеиии кислорода; 2) доокислеиие медленно окисляющихся органических веществ, регенерация активного ила. На этом этапе кислород потребляется медленнее.

Как правило, аэротеик разделен иа две части: регенератор (26% от об­щего объема) и собственно аэротенк, в котором идет основной процесс очи­стки. Наличие регенератора даст возможность очищать более концентриро­ванные сточные воды и увеличить производительность агрегата.

Перед аэротеиком сточная жидкость должна содержать не более 160 мг/л взвешенных частиц и не более 25 мг/л нефтепродуктов. Температура очи­щаемых сточных вод не должна быть ниже 6°С и выше 30 °С, а рН — в пре­делах 6,5—9.

После контактирования сточная вода с илом поступает во вторичный отстойник, где происходит отделение ила от воды. Ббльшую часть ила воз­вращают в аэротеик, а избыток его направляют в предаэратор.

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

Аэротеики подразделяются по следующим основным призна­кам: 1) по гидродинамическому режиму — на аэротенки-вытес- нители, аэротенки-смеснтели и аэротенки промежуточного типа (с рассредоточенным вводом сточных вод); 2) по способу реге­нерации активного ила —на аэротенки с отдельной регенера­цией и аэротенки без отдельной регенерации; 3) по нагрузке на активный ил — на высоконагружаемые (для неполной очистки), обычные и низконагружаемые (с продленной аэрацией); 4) по количеству ступеней — на одно-, двух- и многоступенчатые;

5) по режиму ввода сточных вод —иа проточные, полупроточ­ные, с переменным рабочим уровнем и контактные; 6) по кон­структивным признакам.

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

Схемы аэротенков с различной структурой потоков сточной воды и возвратного активного ила показаны на рис, 11-71,

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

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

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

Основные технологические схемы очистки сточных вод в- аэротенках представлены на рис. 11-72.

Одноступенчатые схемы без регенерации ила применяют при БПКполн сточной воды не более 150 мг/л, с регенерацией — бо­лее 250 мг/л и при наличии вредных производственных приме­сей. Двухступенчатые схемы применяют при очистке высоко- концентрированных сточных вод.

Аэрация. Растворимость кислорода в воде мала (зависит от температуры и давления), поэтому для насыщения ее кисло­родом подают большое количество воздуха.

Сточная Вода w

1,1 ""1 ■ j

Активный

л

Рис. 11-71. Аэротенки с различной структурой потоков сточной воды и воз­вратного активного ила:

а — аэротенк-вытееннтель; б — аэротенк-смеситель; в — аэротенк с рассредоточенной по* дачей сточной воды

346

Сточная Активный и/г вода

Иловая смесь

                        M-nfol

 

Сточная вода

Активный

И/ювая смесь

 

И/ював ei

IVMMKWM w*

 

Рис, И-72. Основные схемы установок очистки сточных вод в аэротенках:

-й — с одноступенчатыми аэротенками без регенерации; 6 —то же, с регенерацией; в — с двухступенчатыми аэротенками без регенерации; г — то же, с регенерацией; 1 — аэро- тонки; 2 — отстойники; 3 — насосные станции для ила; 4 — регенераторы I ступени; 5 — аэротенки И ступени; 6—регенератор II ступени

Растворимость кислорода в чистой воде при давлении 0,1 МПа представлена ниже:

Температура, °С 5 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Растворимость, 12,8 11,3 10,8 10,3 9,8 9,4 9,0 8,7 8,3 8,0 7,7 мг/л

При аэрации должна быть обеспечена большая поверхность контакта между воздухом, сточной водой и илом, что является необходимым условием эффективной очистки. На практике ис­пользуют пневматический, механический и пневмомеханический •способы аэрации сточной воды в аэротенках. Выбор способа

аэрации зависит от типа аэротенка и от необходимой интенсив­ности аэрации.

При пневматической аэрации сжатый воздух воздуходувкой подают через пористые керамические плиты (фильтросы, пори­стые трубы и перфорированные трубы разного диаметра). При механической аэрации происходит перемешивание жидкости различными устройствами, которые обеспечивают дробление струй воздуха. Вблизи этих устройств возникают пузырьки га­за, при помощи которых кислород переходит в сточную воду.

Аэраторы могут быть с вертикальной и горизонтальной осью вращения. Аэраторы с вертикальной осью вращения де­лятся на поверхностные и заглубленные в жидкость; по виду механизма аэрации они делятся на турбинные, импеллерные и струйные. Аэраторы с горизонтальной осью вращения могут быть поверхностные (роторные) и мешалочные. Классификация механических аэраторов показана на рис. II-73.

Механизм аэрирования у аэраторов различной конструкции разный: 1) подсос воздуха через поверхность жидкости в ре­зультате понижения давления в ней за вращающимися лопат­ками; 2) насыщение кислородом струй и капель жидкости, со­прикасающихся с воздухом; 3) смешение воды и воздуха в меж­лопастном пространстве аэраторов в условиях резкого перепада давлений перед и за вращающимися лопатками; 4) подсос воздуха струями жидкости, падающими в основную массу жид-

 

Рис. И-73, Классификация механических аэраторов 348

 

 

 

Рис. 11-74. Аэротенки:

л — аэротенк-отстойннк: / — лоток; 2 — илососы; 3 — зона отстаивания; 4 — водосливы: 5 — зона аэрации;

<> — аэротенк-осветлитель: / — переливные окна; 2 — зона аэрации; 3 — зона дегазации; 4~ направляющая перегородка; 5 — аэратор; 6 — зона оокч.тення;

в — двухкамерный аэротенк-отстойннк: 1 — импеллерный аэратор; 2 — зона предваритель­ного обогащения; 3 —• перегородка; 4 — роторный аэратор; о—зона ферментации; в — зона осветления

кости; 5) растворение кислорода через обменивающиеся слои поверхности жидкости при ее турбулентном перемешивании.

Пневмомеханические аэраторы применяют в тех случаях, когда требуется интенсивное перемешивание и высокая окис­лительная мощность. В этих аэраторах сжатый воздух посту­пает через аэрационное кольцо с большими отверстиями и разбивается на мелкие пузырьки. Это способствует увеличению- степени использования кислорода и уменьшению энергозатрат на создание мелких пузырьков по сравнению с аэраторами из пористых плит и труб.

Продолжительность аэрации в аэротенках всех типов равна

т= (La — Lx)!\a{\ — Sn) р],  (Н.229)

где La и Lx — БПК,,,,,,,, поступающей на очистку воды и очищенной воды, мг 02/л; а — доза ила, г/л; 5Л — зольность ила в долях единицы; р -- средняя расчетная скорость окисления, мг БПНпми/г беззольного вещества ила в 1 ч.

Аэротенки. На рис. 11-74, а показана схема аэротенка-отстопника, объединенного со вторичным отстойником. Зона аэрации отделена от зоны отстаивания, Сточную воду подают в центре, а отводят по лотку. В зоне отстаивания образуется слой взвешенного активного ила, через который фильтруется сточная вода, Избыточный активный ил отводят из зоны взве­шенного слоя по трубам, а возвратный активный ил поступает в зону аэрации.

В аэротенке-осветителе (рис. II-74, б) сточная вода поступает в зону аэрации, где смешивается с активным илом и аэрируется. Затем смесь через

окна попадает в зону осветления и зону дегазации. В зоне осветления воз­никает взвешенный слой активного ила, через который фильтруется иловая смесь. Очищенная вода через лотки удаляется из аэротенка.

Двухкамерные аэротенки-отстойники (рис* 11-74,5) являются разновид­ностью аэротенков-осветителей* В них зона аэрации разделена вертикальной перфорированной перегородкой на две камеры. В первой камере происходит насыщение иловой смеси кислородом и сорбция загрязнений активным илом, во второй — окисление сорбированных загрязнений и стабилизация активно* го ила. Избыточный ил удаляется из зоны осветления.

Для интенсификации процесса биохимической очистки сточ­ные воды перед аэротенком предлагается обрабатывать окис­лителями (например, озоном) с целью снижения ХПК. Для этой же* цели разработан процесс очистки сточных вод в глубоких шахтах. В них устраивают вертикальные трубы, доходящие почти до дна шахты. Сточные воды подают по трубам одновре­менно с воздухом. Под действием высокого гидростатического давления кислород воздуха почти полностью растворяется в сточной воде. При этом степень его использования микроорга­низмами увеличивается. Иловая смесь по подъемной трубе под­нимается вверх и после дегазации (выделение С02 и Оа) посту­пает в отстойник. Очистная установка занимает небольшую* площадь. При ее работе отсутствует выделение запахов и дости­гается высокая степень очистки.

Изучен процесс биохимической очистки с отделением актив­ного ила от очищенной воды не во вторичных отстойниках, а во флотаторах. Схема процесса показана на рис. И-75.

Сточные воды поступают в отстойник, где осаждаются взвешенные ве­щества, а затем в аэротеик. После него смесь очищенной воды и активного ила направляют во флотатор, в котором активный ил пузырьками воздуха поднимается вверх и собирается на поверхности воды, Часть активного ила возвращают в аэротеик, а другую часть с очищенной водой отводят в кон­тактный резервуар, где происходит окончательное отделение активного ила* Воду хлорируют и удаляют из установки.

Использование флотатора позволило повысить концентрацию активного ила в аэротенке до 10—12 г/л и увеличить его производительность в 2— 3 раза. Процесс применим для очистки сточных вод с высокой концентраци­ей загрязнений.

Очистка в биофильтрах. Биофильтры     это сооружения, в

корпусе которых размещается кусковая насадка (загрузка) и предусмотрены распределительные устройства для сточной во­ды и воздуха. В биофильтрах сточная вода фильтруется через

Сточная

 

Рис. 11-75. Схема установки для биохимической очистки с флотационным илоуплот- нителем:

1 — отстойник; 2 -- аэротеик; 3, в ~ насосы; 4 флотатор; 5 контактный резервуар; 7 — эжектор; 5 —напорный бак

350

 

Рис. II-76. Схемы установок для очистки сточных вод биофильтрами:

--б — одноступенчатая; 6 — двухступенчатая; / — первичные отстойники; 2, 4 — биофильт­ры I и II ступеней; Л — вторичные отстойники; S — третичный отстойник

слой загрузки, покрытый пленкой из микроорганизмов. Микро­организмы биопленки окисляют органические вещества, исполь­зуя их как источники питания и энергии. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества, а масса ак­тивной биопленки увеличивается. Отработанная (омертвевшая) 'биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.

В качестве загрузки используют различные материалы с высокой пористостью, малой плотностью и большой удельной поверхностью: щебень, гравий, шлак, керамзит, керамические и пластмассовые кольца, кубы, шары, цилиндры, шестигранные •блоки; металлические и пластмассовые сетки, скрученные в рулоны.

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

Двухступенчатые биофильтры применяются в том случае, тогда для достижения высокой степени очистки нельзя увели­чить высоту биофильтров. Технологические схемы биофильтров показаны на рис. 11-76.

Биопленка выполняет такие же функции, как и активный ил. Она адсорбирует и перерабатывает органические вещества, находящиеся в сточных водах. Окислительная мощность био- «фильтров ниже мощности аэротенков.

На эффективность очистки сточных вод в биофильтрах влияют биохимические, массообменные, гидравлические и кон­структивные параметры. Среди них следует отметить: ВПК очи­щаемой сточной воды, природу органических загрязнений, ско­рость окисления, интенсивность дыхания микроорганизмов, массу веществ, абсорбируемых пленкой, толщину биопленки, •состав обитающих в ней микроорганизмов, интенсивность аэра­ции, площадь и высоту биофильтра, характеристику загрузки (размер кусков, пористость и удельная поверхность), физичес- жие свойства сточной воды, температуру процесса и гидравли-

Рис. 11-77. Биотелк-биофильтр (/ — корпус; 2 — элементы загрузки)

.ческую нагрузку, интенсивность ре­циркуляции, равномерность распреде­ления сточной воды по сечению за- >г грузки, степень смачиваемости био­пленки.

Биофильтры с капельной фильтра­цией имеют низкую производитель­ность, но обеспечивают полную очистку. Гидравлическая на­грузка их равна 0,5—3 м3/(м2-сут). Их используют для очистки вод до 1000 м3/сут при БПК не более 200 мг/л. Высоконагружае- мые биофильтры работают при гидравлической нагрузке 10— 30 м3/(м2- сут), т. е. очищают в 10—15 раз больше сточной во­ды, чем капельные. Однако они не обеспечивают полную биоло­гическую очистку.

Для лучшего растворения кислорода производят аэрацию. Объем воздуха, подаваемого в биофильтр, не превышает 16 м3 на 1 м3 сточной воды. При БПКго>300 мг/л обязательна рецир­куляция очищенной воды.

Башенные биофильтры применяют для очистных сооружений производительностью до 5000 м:,/сут. Погружные или дисковые биофильтры работают при расходах до 500 м2/сут. Они пред­ставляют собой резервуар, в котором имеется вращающийся вал с насаженными на нем дисками. Уровень сточной воды в резервуаре устанавливают на 2—3 см ниже горизонтального вала. Размер дисков 0,6—3 м, а расстояние между ними 10— 20 мм. Диски могут быть металлические, пластмассовые и асбе- стоцементные. Вал вращается со скоростью 1—40 об/мин.

Биотенк-биофилм-р (рис. II-77) заключен в корпус c. расположенными в шахматном порядке элементами загрузки, которые представляют собой по­луцилиндры диаметром 80 мм. Сточная вода поступает сверху, наполняя элементы загрузки, и через края стекает вниз. На наружных поверхностях элементов образуется биопленка, а в элементах —- биомасса, напоминающая активный ил. Насыщение воды кислородом происходит при движении жид­кости. Конструкция обеспечивает высокую производительность и эффектив­ность очистки.

Для удаления органических примесей и проведения процессов нитрифи­кации, денитрификации разработана установка «Hei Fiou*. Основной частью ее является колонна с псевдоожиженным слоем зернистого материала (пес­ка), на поверхности которого культивируются микроорганизмы. Сточную во­ду предварительно насыщают кислородом и подают в колонну снизу вверх , со скоростью 25—60 м/ч. В колонне образуется псевдоожижеиный слой с поверхностью загрузки 3200 м2/м\ что в 20 раз больше, чем в аэротенках, и в 40 раз больше, чем в биофильтрах. Процессы очистки протекают с очень высокой скоростью. Например, снижение БПК сточных Ьод на 85—-90% в установке достигается за 15 мин, а в аэротеике на это требуется 6—8 ч.

Применение для аэрации сточных вод кислорода. При пнев­матической аэрации вместо воздуха начинают использовать тех-

 

ни чес кий кислород. Иногда этот процесс называют «биоосаж­дением». Его проводят в закрытых аппаратах, которые называ­ют окситенкамн.

Применение кислорода вместо воздуха для аэрации сточных вод имеет ряд преимуществ: 1) эффективность использования кислорода повышается с 8—9 до 90—95%; 2) окислительная мощность по сравнению с аэротенками возрастает в 5—6 раз; 3) для обеспечения такой же концентрации кислорода в сточной воде требуется меньшая скорость перемешивания. В этом слу­чае улучшаются седиментационные характеристики активного ила, он состоит из крупных и плотных хлопьев, которые легко осаждаются и фильтруются, что позволяет повысить концентра­цию его до 10 г/л без увеличения габаритных размеров вторич­ных отстойников; 4) улучшается бактериальный состав актив­ного ила. При большой концентрации 02 не развиваются ниточ­ные бактерии; 5) в очищенной воде остается больше раствори­мого кислорода, что способствует дальнейшей ее доочистке; 6) не возникает проблемы борьбы с запахом, так как процесс проводится в герметически закрытых агрегатах; 7) капельные затраты ниже.

Однако способ очистки удорожается, так как требуются значительные затраты на производство кислорода, поэтому его целесообразно использовать только в тех случаях, когда кисло­род является отходом производств. В окситснках в связи с бо­лее высокой концентрацией СОг, чем в аэротеиках, значительно снижается рН. Уменьшение времени пребывания сточных вод в сравнении с очисткой в аэротеиках приводит к ухудшению процесса нитрификации. В то же время увеличение концентра­ции СОг, вероятно, является причиной снижения коэффициента прироста активного ила от 0,6—1,2 для аэротенков до 0,4—0,6 для окситенков. Различий в кинетике процессов очистки при аэрировании кислородом и воздухом не наблюдается.

Разработано несколько конструкций окситенков. На прак­тике применяют окситенки двух типов: 1) комбинированные, работающие по принципу реактора-смесителя; 2) секционные окситенки-вытеснители с отдельным вторичным отстойником. Схема секционного окситенка показана на рис. 11-78. Окситенк представляет собой герметически перекрытый прямоугольный резервуар, разделенный перегородками с отверстиями на 4—6 •секций. Верхнее отверстие перегородки служит для прохода га-

Ниолород

Рис. II-78. Секционный окситенк: .1 — корпус; 2 — секция; 3 — перегород- жа; 4 — механические аэраторы

Циркулиру­ющий. ил

, г 3(1

Сточная ,

вода 'и                                  

 

X"

Иловая

ACMBCh

23—822

353

 

Рис. 11-79. Схема установки для совместной очистки бытовых и промышлен­ных сточных вод:

1, 7 — усреднители; 2, 8 — первичные отстойники; 3 смеситель; 4 — аэротенк; 5 — вто­ричный отстойник; 6 — емкость для обезвреживания; 9 — котельная; 10 — метантенк; И — аппарат для обезвоживания осадка

за, нижнее — для прохода иловой смеси. Сточная вода, цирку­ляционный ил, кислород входят в первую секцию.

Среднюю продолжительность пребывания сточных вод в ок- ситенке определяют по формуле

т= (La - Ьх)ЦКогКк(1 - 5л)ар],         (11.230)

где Ког и Кн — коэффициенты, учитывающие влияние соответственно кон­центрации растворенного кислорода и дозы активного ила; 5Л — зольность ила, доли единицы; а — доза активного ила, г/л; р—удельная скорость окис­ления, мг; БПКполн на 1 г беззольного вещества или за 1 ч.

В зависимости от состава очищаемых сточных вод в окси- тенках оптимальная концентрация кислорода в воде составля­ет 10—12 мг/л, а доза ила — 7—10 г/л.

Совместная очистка бытовых и промышленных сточных вод. Процесс очистки протекает более устойчиво и полно, когда ве­дут совместную очистку производственных и бытовых сточных вод, поскольку бытовые воды содержат биогенные элементы, а также разбавляют производственные сточные воды (рис. П-79).

Необходимую степень разбавления определяют по соотноше­нию

т= (La —Lcm)/(Lcm — Хвыт),        (11.231)

где La — начальная БПКполн производственной сточной воды, мг/л; Lcм — на­чальная БПКполн смеси, мг/л; Ljut — начальная БПКнолн бытовых вод, Lcht=40 ООО q (здесь q — среднесуточное количество бытовых вод на одного человека).

Бытовые сточные воды поступают в усреднитель, а затем в отстойник. После осветления воду направляют в смеситель, где смешивают с производ­ственной сточной водой, поступающей из отстойника. Д_пее смесь бытовых и промышленных вод поступает в аэротенк. После отделения активного ила во вторичном отстойнике сточные воды обезвреживают хлором, затем сбрасы­вают в водоем или направляют для использования в производстве.

Осадок из отстойников поступает в метаитенки. Выделяемый в процессе сбраживания газ из метантеикоо направляют на сжигание в котелыпо. Сбро­женный осадок обезвреживают и перерабатывают в удобрение.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я