12.9. Комбинированные сооружения биологической очистки сточных вод

В практике биологической очистки сточных вод, помимо био­фильтров и аэротенков, находят применение комбинированные сооруже­ния, имеющие признаки аэротенков и биофильтров, в которых сглаживают­ся недостатки биоокислителей обоих видов. Процесс биологической очист­ки в любом конструктивном оформлении зависит от двух основополагаю­щих факторов - благоприятных условий жизнедеятельности прикрепленно­го и свободноплавающего биоценозов, а также развитой поверхности для прикрепления биоценозов. Поиск оптимальных технологических схем и их аппаратурного оформления способствовал созданию нескольких направле­ний их решения. Это позволяет выделить такие установки в отдельный вид комбинированных сооружений и дать примерную их классификацию по группам и подгруппам:

65. Погружные биофильтры (дисковые; шнековые; барабанные с на­полнителями; трубчатые).

66. Аэротенки с наполнителями (стационарными; блочными; сетча­тыми тканевыми, засыпными; свободноплавающими).

67. Аэротенки, сблокированные с погружными биофильтрами (ста­ционарными; плавающими).

68. Циркуляционные окислительные каналы (аналогично пп. 2 и 3).

69. Аэрируемые биологические пруды (аналогично пп. 2 и 3).

70. Биореакторы (затопленные биофильтры).

71. Аэробные с гранулированной загрузкой (неподвижной и под­вижной в псевдоожиженном состоянии).

72. Анаэробные с гранулированной загрузкой (аналогично п. 6.1).

7. Биотенки с секционированными емкостями (со сплошным дни- щем; с перфорированным днищем).

Наиболее широко используются погружные биофильтры, аэротен­ки с наполнителями, биореакторы и биотенки.

Погружные биофильтры имеют признаки биофильтров и аэро­тенков. Погружной биофильтр состоит из следующих основных частей:

• резервуара;

• пространственной конструкции загрузки, обладающей развитой поверхностью и закрепленной на вращающемся горизонтальном валу, расположенном над поверхностью обрабатываемой в резер­вуаре сточной воды;

• лотков для распределения поступающей и сбора обработанной сточной воды;

• устройства, с помощью которого приводится во вращение гори­зонтальный вал.

По виду пространственных конструкций загрузки погружные био­фильтры подразделяются на: дисковые, шнековые, трубчатые, барабанные. Наибольшее распространение в практике очистки сточных вод получили дисковые и барабанные.

Погружные биофильтры имеют ряд преимуществ по сравнению с биофильтрами и аэротенками:

• индусгриальны в строительстве;

• компактны;

• имеют малую энергоемкость;

• просты и надежны в эксплуатации;

• не требуют больших перепадов высот при движении воды, что свойственно всем другим биофильтрам, а при наличии перепада, равного 0,5 - 1 м, горизонтальный вал может вращаться за счет энергии падающего потока сточной воды.

Погружные биофильтры выдерживают залповые поступления сточных вод, их целесообразно применять при большом коэффициенте не­равномерности поступления сточных вод. Использование погружных био­фильтров в технологических схемах очистки позволяет отказаться от ре­циркуляции сточных вод при прекращении их поступления на очистные сооружения. Наличие резервуара с обрабатываемой сточной водой и вра­щение пространственной конструкции загрузки исключает возможность засыхания биопленки.

Дисковые погружные биофильтры (рис. 12.22) состоят из дисков диаметром 1 - 5 м (целесообразно 2 - 3 м), собираемых в пакеты по 30 -180 штук и закрепляемых на вращающемся горизонтальном валу на расстоянии 10-25 мм друг от друга. Диски выполняются из металла, пластмасс, асбе­стоцемента, тканей; их толщина составляет 1-10 мм. Частота вращения горизонтального вала с пакетом дисков 1 - 50 мин"¹ (чаще 2-10 мин"¹); сте­пень погружения дисков в обрабатываемую сточную воду 0,3 - 0,45 диа­метра. Сточная вода подается в распределительный лоток, а затем в резер­вуар погружного биофильтра, где пакеты дисков постоянно вращаются с помощью электродвигателей или других устройств. На поверхности дисков закрепляются и развиваются колонии микроорганизмов, образующие био­пленку, близкую по видовому составу биопленке биофильтров с объемной и плоскостной загрузкой. При нахождении части поверхности дисков с биопленкой в жидкой фазе осуществляется процесс сорбции на ней нерас­творенных, коллоидных и растворенных органических загрязнений, содер­жащихся в обрабатываемой сточной воде. При повороте пакета дисков биопленка оказывается на воздухе, где происходит интенсивное поглоще­ние кислорода и окисление сорбированных загрязнений. За счет вращения дисков осуществляется также процесс аэрации обрабатываемой сточной

воды. Часть биопленки, включая отработавшую, отрывается от поверхности дисков и находится в обрабатываемой сточной воде во взвешенном состоя­нии аналогично хлопьям активного ила. Таким образом, процессы окисле­ния органических загрязнений сточной воды осуществляются как биоплен­кой на поверхности дисков (аналогично биофильтру), так и активным илом в объеме обрабатываемой воды (аналогично аэротенку). В зависимости от состава сточных вод и необходимой степени очистки число ступеней дис­ковых погружных биофильтров составляет 1 - 4 и более, эффективность их работы 50-98%, нагрузка по БПК_1ЮЛН на 1 м" поверхности дисков до 200 г/(м7сут). Время пребывания сточных вод в резервуаре 0,5-3 ч. Кон­центрация органических загрязнений в поступающих сточных водах не ог­раничивается. Расчет дисковых погружных биофильтров' сводится к опре­делению необходимой площади поверхности дисков, их диаметра и числа, частоты вращения пакета дисков, числа ступеней, времени пребывания об­рабатываемых сточных вод в резервуаре и др.

Б арабанные погружные биофильтры состоят из барабанов, закре­пленных на вращающемся горизонтальном валу и заполненных загрузоч­ным материалом. Жесткий корпус барабана обтягивается сеткой или дру­гим материалом, а внутри корпуса помещаются засыпные загрузочные эле­менты, плоскостные материалы, блочные секции, на поверхности которых развивается биопленка. Барабаны длиной 2-3 м и диаметром 2-2,5 м поме­щаются в резервуары, куда поступает обрабатываемая сточная вода; часто­та вращения барабана 0,5-5 мин"'; степень пофужения барабанов в обраба­тываемую сточную воду 0,3-0,45 диаметра (рис. 12.23).

Рис. 12.23. Восьмисекционный погружной барабанный биофильтр:

/ - подводящий лоток; 2 - электродвигатель с редуктором; 3 - резервуар; 4 - секция биофильтра; 5 - вал; 6 - промежуточная опора; 7 - секции со стержнями; 8 - отводящий лоток; 9 - гибкая пластмассовая пленка; 10 - кожух биофильтра

На рис. 12.24 приведён односекционный погружной барабанный биофильтр, для загрузки секций которого могут быть использованы обрез­ки пластмассовых труб, шаровидные и другие пористые материалы, имею­щие развитую поверхность и небольшую плотность.

Для обеспечения механической прочности внутри барабана уста­навливаются ребра жесткости, а также устраиваются поперечные и про­дольные перегородки, которые делят барабаны на шесть - восемь секторов. В качестве загрузки используются металлические, пластмассовые и асбе­стоцементные гофрированные, перфорированные и гладкие листы, мягкие тканевые и пленочные материалы, блочные загрузочные элементы из пла­стмасс, которые крепятся к каркасу барабанного биофильтра. Засыпные элементы из нарезанных пластмассовых труб, различного вида изделий из пластмасс, металла, а также волокнистые материалы заполняют сектор по­гружного барабанного биофильтра на 60-90% объема. Число секций бара­банов на одном горизонтальном валу достигает 8-10. Если число секций более двух, то необходимо устраивать промежуточные опоры для вращаю­щегося горизонтального вала. Обрабатываемая сточная вода из резервуара сквозь сетку поступает внутрь барабана и контактирует с загрузочным ма­териалом, на поверхности которого закрепляется биопленка. При вращении барабана элементы загрузки попеременно оказываются то в жидкости, то на

в оздухе. Процессы биологической очистки сточных вод осуществляются аналогично процессам в дисковых погружных биофильтрах. Если исполь­зуются засыпные твердые или волокнистые элементы, то при вращении барабана они перемещаются внутри его секторов, что обеспечивает эффек­тивный контакт закрепленной биопленки с обрабатываемой сточной водой и высокую дозу биомассы в объеме резервуара. Расчет погружных бара­банных биофильтров сводится к определению площади поверхности загру­зочного материала. В зависимости от концентрации органических загрязне­ний в исходной сточной воде и необходимой степени очистки определяют­ся технологические параметры работы барабанных биофильтров и их кон­структивные размеры.

Погружные биофильтры применяются для полной и неполной био­логической очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод на сооружениях пропускной способностью от 1 м³/сут до 150 тыс.м³/сут. Оптимальная область применения - это комплексы сооружений по очистке сточных вод пропускной способностью 200 - 1000 м³/сут от на­селенных мест и промышленных объектов. Погружные биофильтры уста­навливаются после сооружений предварительной механической очистки; разделение биологически очищенной сточной воды и отработавшей био­массы (биопленки и активного ила) осуществляется во вторичных отстой­никах. В целях обеспечения большей надежности работы погружные био­фильтры следует устраивать не менее чем в две ступени и не менее чем в две технологические линии в отапливаемых или неотапливаемых павильо­нах (зданиях).

На рис. 12.25 дан пример повышения пропускной способности циркуляционного окислительного канала и эффективности очистки сточ­ных вод за счет установки в аэрируемые каналы погружных дисковых и барабанных биофильтров.

А эротенки с наполнителями. Известно, что интенсивность био­логической очистки в аэротенках в значительной мере определяется кон­центрацией активного ила. В то же время увеличение его дозы в классиче­ских конструкциях (вытеснителях, смесителях) более 3 г/л снижает надёж­ность и эффективность работы системы аэротенк - вторичный отстойник. Одним из возможных путей увеличения биомассы в аэротенке, а соответст­венно и интенсификации его работы является введение в жидкую фазу инертных материалов, служащих основой для прикрепления и развития на поверхности этих материалов колоний микроорганизмов, аналогично био­плёнке в биофильтрах.

Известные методы борьбы со вспуханием акитивного ила в аэро-текнках классической конструкции сводились в основном к подавлению деятельности нитчатых микроорганизмов, которые обладают высокой окислительной способностью и хорошей способностью прикрепляться к различным поверхностям. Введение в аэротенки загрузочных материалов позволяет значительно увеличить дозу биомассы, закрепить на поверхности загрузочного материала нитчатые бактерии активного ила и тем самым обеспечить более надёжную работу сооружений.

В основу расчёта аэротенков с инертными заполнителями положе­на известная формула определения периода аэрации по СНиПу:

где / - период аэрации, ч; Ь_еп и Ь_ех - соответственно БПК,_1ШШ неочищенных и очищенных сточных вод, мг/л; р - удельная скорость окисления, мг БПК_1ЮШ1 на 1 г беззольного вещества биомассы ив 1 ч; S - зольность биомассы; я, - доза ила, в этом случае это общая доза биомассы, г/л.

Количество общей биомассы определяется по формуле:

а,=К_ж-а_х+К_п-а_п; (12.57)

где К_ж и К_п - коэффиициенты активности свободноплавающей и прекреп-лённой биомассы (К_ж =1-1,5; К_п = 1-1,2); а_ж и а_п- доза свободноплаваю­щей и прикреплённой биомассы, г/л.

Дозу прикреплённой биомассы следует определять по формуле:

a_n=M_n-S_yd (12.58)

где М_п - доза прикреплённого биоценоза, равная 40-60 г/м², при использо­вании стационарных плоскостных заполнителей и 60-70 г/м² - при исполь­зовании свободноплавающих заполнителей; S_yd - удельная площадь по­верхности инертного заполнителя, равная 10-60 м²/м³.

На рис. 12.26, а показано устройство аэротенков со стационарным инертным заполнителем в виде блочной загрузки. Блоки загрузочного ма­териала размещаются, как правило, над системой аэрации для обеспечения рационального прироста биомассы на загрузочном материале и частичной её регенерации. Стационарный загрузочный материал устанавливается на специальные подставки или крепится к рамам, зафиксированным на дне или стенах аэротенка.

На рис. 12.26, б приведена конструкция аэротенка со свободнопла­вающим загрузочным материалом. Для предотвращения смещения всей массы загрузки в конец коридора и выноса во вторичные отстойник по длине его устанавливаются сетки, разделяющие аэротенк на отдельные секции.

Наиболее целесообразно применять загрузочные материалы при реконструкции существующих аэротенков для повышения производительности и эффективности их работы. Количество наполнителя (носителя), по данным отечественных и зарубежных исследователей, не должно превышать 30% от общего объёма аэрационной части.