Подачей воздуха:
1 – подающие трубы; 2 – водораспределительные устройства; 3 – загрузка;
4 – водоотводящие лотки; 5 – гидравлический затвор;
6 – воздухоподводящие трубы; 7 – воздухопроницаемые стенки
Биологическая пленка в биофильтрах растет с разной скоростью – но на поверхности быстрее, чем в глубине, что также зависит от состава очищаемой воды и концентрации органических загрязнений. По мере увеличения толщины пленки происходит отмирание нижних ее слоев и смыв их с поверхности загрузки биофильтра. При правильно принятой нагрузке на биофильтр процессы отмирания и нарастания биологической пленки идут параллельно, поэтому заиливания и заболачивания биофильтров не происходит.
При повышенных требованиях к качеству очищенных стоков применяют двухступенчатую схему работы биофильтров, причем первую ступень рассчитывают на неполную очистку (до БПК = 50 мг/л).
Для биологической очистки больших количеств сточных вод наиболее часто применяют аэротенки различных видов.
Общими для всех аэротенков являются принципы их работы, а также возможность эффективного воздействия на скорость и полноту протекающего в них биохимического процесса, что имеет исключительно важное практическое значение при очистке производственных стоков нестабильного состава, когда в них попадают непредусмотренные расчетами вещества, способные вызывать серьезные нарушения нормальной работы очистных сооружений.
Окислительная мощность аэротенков составляет 0,5–1,5 кг/сут на 1 м3 полезного объема сооружения и зависит от многих факторов:
Если сточные воды содержат различные по скорости окисления или токсичные вещества, применяют ступенчатую схему их обработки в аэротенках.
Одной из разновидностей аэротенков являются окситенки. Работа окситенков основана на тех же исходных положениях процесса биологической очистки сточных вод, что и работа аэротенков (рис. 6.16).
Рис. 6.16. Окситенк:
1 – водоподводящая труба; 2 – зона аэрации; 3 – аэратор;
4 – регуляторы подачи кислорода; 5 – зоны отстаивания; 6 – мешалки;
7 – водосборные лотки; 8 – водоотводящая труба; 9 – стабилизатор уровня ила
Основная особенность окситенков – большая интенсивность процесса биохимического окисления, чем в обычных аэротенках, за счет замены подаваемого воздуха техническим кислородом и повышения концентрации активного ила.
Доочистка сточных вод
Глубокая очистка (доочистка) обеспечивает удаление остаточных загрязнений из сточных вод после сооружений механической и биологической очистки.
Глубокая очистка включает следующие основные процессы:
доочистку, которая обеспечивает уменьшение концентрации взвешенных веществ и суммарного количества органических веществ, оцениваемых по ВПК;
удаление фосфора для борьбы с эвтрофикацией водоемов (массовым развитием водорослей);
нитрификацию и денитрификацию, направленные на снижение содержания органического либо аммонийного азота;
снижение цветности и удаление поверхностно активных веществ;
обеззараживание и удаление патогенной микрофлоры.
Для доочистки сточных вод наиболее широко используется фильтрование через сетчатые барабанные фильтры с зернистой загрузкой. Сетчатые барабанные фильтры применяют как для доочистки сточных вод (микрофильтры с размером ячейки сетки 20–40 мкм), так и в качестве вспомогательных устройств для задержания крупных загрязнений перед зернистыми фильтрами (барабанные сетки с размером ячейки 0,3–0,5 мм).
Обеззараживание очищенных сточных вод
Обеззараживание очищенных сточных вод производится с целью уничтожения оставшихся в них патогенных микроорганизмов и устранения опасности заражения воды водоема.
После биологической очистки количество бактерий в сточных водах значительно уменьшается. Так, при биологической очистке сточных вод на искусственных сооружениях (на биофильтрах или аэротенках) общее содержание бактерий уменьшается на 95 %, при очистке на полях орошения – на 99 %. Однако полностью уничтожить болезнетворные бактерии можно только обеззараживанием сточных вод.
Сточные воды обеззараживают различными способами:
хлорирование жидким хлором;
хлорирование воды гипохлоритом натрия;
озонирование;
ультрафиолетовое излучение.
До настоящего времени наибольшее распространение имеет способ хлорирования сточных вод. Хлор вводят в сточную воду или в виде хлорной извести, или в газообразном виде.
Количество активного хлора, вводимого на единицу объема сточной воды, называется дозой хлора и выражается в граммах на 1 м3 (г/м3).
В зависимости от местных условий, степени очистки сточных вод, категории водоема принимаются разные дозы хлора.
Для, предварительных подсчетов расчетные дозы хлора следует принимать:
для отстоянной сточной воды 10 г/м3,
для сточной воды, очищенной на биофильтрах или аэротенках, 1–3 г/м3.
Хлор, добавленный к сточной воде, должен быть тщательно перемешан с ней. Чтобы обеспечить бактерицидный эффект, хлор перед сбросом в водоем следует держать в контакте со сточной водой до 30 мин.
Жидкий хлор привозят с заводов в стандартных стальных баллонах вместимостью 25–30 кг, а для больших станций – стальных бочках вместимостью 1 т или в цистернах.
Одним из перспективных методов обеззараживания является хлорирование воды гипохлоритом натрия, получаемым электролизом концентрированного раствора поваренной соли. В настоящее время этот метод применяют для обработки небольших объемов сточных вод на станциях, удаленных от мест производства хлора.
Озонирование. В последние годы в результате создания мощных и достаточно экономичных генераторов озона, а также благодаря накопленному опыту его применения 15 процессах подготовки воды для питьевых целей, стала интенсивно изучаться возможность и целесообразность использования озона для глубокого окисления загрязнений и обеззараживания сточных вод. В настоящее время уже имеются промышленные установки для очистки некоторых видов сточных вод.
По мнению многих специалистов, наиболее перспективным методом обеззараживания является ультрафиолетовое излучение.
После глубокой очистки и эффективного обеззараживания сточные воды могут повторно использоваться в различных областях промышленности. Возможность и целесообразность повторного использования сточных вод определяются санитарными, техническими и экономическими факторами.
Повторное и многократное использование очищенных сточных вод в различных отраслях народного хозяйства в современных условиях является действенной мерой охраны водных источников от загрязнения и истощения.
Обработка осадка сточных вод. Сооружения для обработки осадка
В процессе очистки сточных вод образуются осадки. Осадки – смесь минеральных и органических веществ различных составов и происхождения.
Концентрация осадков составляет 20–100 г/л, а их объем, по сравнению с объемом очищаемых стоков, колеблется от 0,5 до 2 % – для станций совместной очистки бытовых и производственных сточных вод и от 10 до 30 % – для локальных очистных сооружений.
Состав и свойства осадков весьма разнообразны. Условно осадки можно разделить на три основные категории:
минеральные;
органические;
избыточные активные илы.
Основные задачи современной технологии обработки осадков: превращение их в продукт, не вызывающий загрязнения окружающей среды; утилизация ценных компонентов осадков.
В зависимости от свойств осадков эти задачи решаются стабилизацией органической части осадков, естественным или искусственным обезвоживанием, сжиганием.
Стабилизация осадков обеспечивает их устойчивость против загнивания и удовлетворительные санитарные условия при их утилизации и складировании. Стабилизация может осуществляться
в анаэробных условиях путем сбраживания осадков в метантенках,
в аэробных условиях путем аэрирования осадков в стабилизаторах.
Технологические схемы обработки осадков включают следующие стадии (рис. 6.17):
уплотнение;
обезвоживание;
термическую сушку;
сжигание.
Анаэробное сбраживание применяется для обработки осадков промышленных сточных вод, содержащих сбраживаемые органические вещества, избыточных активных илов, а также их смеси. Сбраживание производится перед естественной сушкой осадка на иловых площадках, перед механическим обезвоживанием на фильтрах. При обезвоживании осадков на центрифугах, как правило, проводится их аэробная стабилизация.
Рис. 6.17. Схемы обработки органических осадков сточных вод:
1 – уплотнение; 2 – сбраживание или стабилизация;
3 – реагентная обработка; 4 – тепловая обработка; 5 – механическое обезвоживание;
6 – термическая сушка; 7 – сжигание; 8 – утилизация;
9 – сушка на иловых площадках или сброс в шламонакопители и отвалы
Сбраживание осадков с утилизацией газов брожения осуществляется в метантенках в мезофильных (при температуре 30–35 °С) или термофильных (при температуре 52–55 °С) условиях.
В метантенках происходит щелочное (метановое) брожение, осуществляемое в две фазы. В первой фазе происходит расщепление сложных органических веществ (жиров, углеводов, белков) на более простые соединения с образованием органических кислот жирного ряда (муравьиной, уксусной, масляной и др.). Во второй фазе происходит разрушение этих кислот с образованием углекислоты и метана.
Возбудителями первой фазы являются анаэробные, а второй – метанобразующие бактерии.
При аэробной стабилизации производится длительное (в течение нескольких суток) аэрирование избыточного активного ила или его смеси с осадком первичных отстойников. Аэробная стабилизация применима в тех же случаях, что и анаэробное сбраживание. Аэробную стабилизацию рекомендуется применять на очистных сооружениях производительностью не более 80–100 тыс. м3/сут. Выбор того или иного метода стабилизации определяется технико-экономическими соображениями.
Принципиальных различий между процессами стабилизации активного ила и его смеси с органическим осадком нет. В первом случае активный ил, находясь в условиях голода, самоокисляется и окисляет отмершие бактериальные клетки, что приводит к уменьшению органического вещества активного ила на 30–45 %. Оставшееся органическое вещество, практически, стабильно. Во втором случае в начале процесса органическое вещество осадка оксидируется активным илом, что приводит к уменьшению массы осадка и приросту биомассы активного ила. После полного окисления осадка активным илом начинается стабилизация последнего по первой схеме, вследствие чего общая продолжительность стабилизации по второй схеме длительнее, чем по первой.
Для дополнительного снижения влажности осадки, выделенные в очистных сооружениях, уплотняют. Влажность осадков после уплотнения должна обеспечивать их свободное транспортирование по трубам.
Уплотнение илов производят в
гравитационных уплотнителях,
флотаторах.
Недостатками гравитационных илоуплотнителей являются большая продолжительность уплотнения (10–20 ч) и высокая влажность уплотненных илов (97,5 % и выше). Кроме того, в летнее время при таком длительном периоде уплотнения возможны загнивание и всплывание ила.
Более эффективным является уплотнение активных илов методом напорной флотации. Преимущества этого способа – меньшая продолжительность процесса и более высокая степень уплотнения, в результате чего значительно снижаются эксплуатационные затраты на последующую обработку активных илов.
Для обезвоживания осадков сточных вод используют вакуум-фильтры с наружной фильтрующей поверхностью: барабанные, барабанные со сходящим полотном, дисковые, ленточные.
Сжигание осадков производят в тех случаях, когда утилизация невозможна или нецелесообразна.
Сжиганию подлежат предварительно обезвоженные осадки. Аппараты для механического обезвоживания выбирают с учетом получения осадков такой влажности, при которой их можно сжигать без дополнительных затрат топлива. Осадки сжигают в печах кипящего слоя, в многоподовых печах, в барабанных печах.
Контрольные вопросы
Как устроена и оборудована канализационная сеть
Что называется сточной жидкостью?
Что входит в состав сточных вод?
Из каких элементов состоит система сплавного водоотведения?
Для чего применяют дюкер?
Когда устанавливают насосные станции?
Какие сточные воды можно сплавлять в городскую сеть?
Перечислите схемы канализационной сети
При каких условиях применяются перпендикулярная, пересеченная, параллельная, зонная и радиальная схема?
Назовите схемы трассирования уличных сетей
Чему равна норма водоотведения?
Какой режим поступления сточных вод в сеть?
Что такое самоочищающая скорость?
От чего зависит самоочищающая скорость?
Почему скорость движения сточной жидкости в канализационных трубах следует ограничивать?
От чего зависит минимальная глубина заложения трубопроводов водоотводящей сети?
Из каких материалов монтируют трубопроводы водоотводящей сети?
Когда на канализационной сети сооружают перепадные колодцы?
Из чего состоит насосная станция?
Какие насосы чаще всего используют для перекачки сточных вод?
Какие показатели определяют для сточных вод?
Какие методы очистки сточных вод вы знаете?
Какие загрязнения удаляются механическими способами?
Какие загрязнения удаляются биохимическими способами?
Для какой цели применяют коагулирование? В чем его сущность?
Каким образом происходит обеззараживание сточных вод?
Какие сооружения применяют при механической очистке точных вод?
Какие сооружения применяют при биохимической очистке городских сточных вод?
Что такое активный ил?
Какие процессы включает в себя глубокая очистка?
На какие группы подразделяются осадки сточных вод?
В каких условиях может осуществляться стабилизация осадков?
Что входит в технологическую схему обработки осадков сточных вод?
В каких сооружениях происходит обработка осадка?