5.Флотационные илоуплотнители, конструкция, принцип расчета.

Флотационные установки используют для сгущения иловой смеси из аэротенков и избыточного активного ила из вторичных отстойников после аэротенков. Применяемые в практике флотационное, установки работают по принципу напорной флотации.

При напорной флотации частицы активного ила быстро извлекаются на поверхность флотатора в результате их прилипания к мелким пузырькам воздуха, выделяющимся при снижении давления до атмосферного. Диспергирование воздуха в иловой среде осуществляется двумя способами: непосредственным насыщенней воздухом и путём использования рабочей жидкости (насыщенной воздухом осветлённой воды после вторичных отстойников).

Рис. 36. 2. Флотационный уплотнитель конструкции ВНИИ ВОДГЕО 1 — подача иловоздушной смеси; 2 — вращающийся дырчатый распределитель; 3 — периферийная перегородка; 4 — цилиндрические перегородки; 5 — илоскреб; 6 — илосборный лоток; 7 — кольцевой водослив; 8 — конические перегородки; 9 — скребковое устройство; 10 — отвод выпавшего ила и опорожнение уплотнителя варительно насыщенная воздухом через эжекторы на всасывающей трубе, насосом подается в напорную емкость, откуда поступает во вращающийся дырчатый распределитель и далее в зону осветления. На рис. 36. 2 представлен флотационный уплотнитель конструкции ВНИИ ВОДГЕО, предназначенный для флотации иловой смеси из аэротенков. Иловая смесь, предварительно насыщенная воздухом через эжекторы на всасывающей трубе, насосом подается в напорную емкость, откуда поступает во вращающийся дырчатый распределитель и далее в зону осветления.

6.Анаэробная стабилизация осадка: суть процесса и сооружения, которые используются для этого.

Это один из основных методов обработки осадков городских сточных вод. Цель — предотвращение загнивания осадков и их обезвреживание. Совокупность превращений органич. компонентов осадков при сбраживании, по схеме Баркера, состоит из кислой и щелочной (метановой) стадий. Первую стадию осуществляют кислотообразующие бактерии. Благодаря разнообразию физиологич. групп и метабиотич. взаимоотношениям между отдельными видами кислотообразующих бактерий биохим. деструкции подвергаются все компоненты осадков: жиры, белки, углеводы. Под действием разнообразных гидролаз сложные органич. составляющие осадков подвергаются внеклеточному гидролизу, превращаясь в соединения, доступные для питания клеток бактерий. Внутриклеточное окисление продуктов ферментативного гидролиза белков, жиров и углеводов приводит к образованию конечных продуктов первой стадии сбраживания осадков: низших жирных к-т (НЖК), спиртов жирного ряда, аммиака, водорода, диоксида углерода, сероводорода. Более 70% жирных к-т приходится на долю уксусной к-ты, примерно 25% составляют пропионовая и масляная к-ты. Кроме того, в процессе кислого брожения в незначит, кол-ве образуются муравьиная, валериановая, капроновая к-ты. Очевидно, кроме белков, жиров и углеводов кислотообразующие бактерии могут использовать и др. в-ва, способные сбраживаться. К числу таких в-в относятся пурины и пиримидины, есть данные о сбраживании алканов и ароматич. углеводородов. Щелочную или метановую стадию брожения осадков городских сточных вод осуществляют метаногенные бактерии, превращающие продукты жизнедеятельности кислотообразующих бактерий в метан. Реакции метанообразоваиии многоступенчаты и протекают с участием разнообразных ферментов и витамина Ви, входящего в метилтрансферазы. Биологич. роль этих реакций — получение клеткой необходимой энергии. Различают реакции двух типов: 1) осуществляемые бактериями, способными использовать уксусную к-ту и метиловый спирт и 2) бактериями, не способными к этому процессу и потребляющими в качестве донора водорода другие соединения. При ферментации уксусной к-ты и метилового спирта по реакции 1-го типа метан образуется в результате восстановления метилыюй группы. В реакциях 2-го типа синтез метана происходит путем восстановления диоксида углерода. Многие виды метапогениых бактерий восстанавливают СОг, используя молекулярный водород.

Общая схема превращения НЖК и соответствующих спиртов на стадии метанового брожения показана па схеме. Примерно 70% метана образуется в реакциях 1-го типа, остальная часть — при восстановлении СОг- В условиях пром. метанового брожения сложных субстратов, осуществляемого сообществом разнообразных микроорганизмов, нек-рые сапрофитные бактерии, обычно не образующие метан, при совместном развитии начинают его продуцировать, сбраживая сложные органич. в-ва. Обе стадии брожения протекают синхронно, процесс в целом контролируют метаногенные бактерии, При нормально протекающем процессе брожения образующийся газ состоит из метана (65—70%) и С02. Молекулярный водород — продукт первой стадии брожения — может обнаруживаться в очень незначит. кол-ве, т.к. используется метано-геиными бактериями. Сероводород — продукт распада серосодержащих аминокислот — связывается с железом, присутствующим в осадке, с образованием нерастворимого сульфида. Аммиак гидролизу-ется и остается в р-ре. Эффективность процесса сбраживания оценивается по выходу газа с I кг загруженного беззолыюго в-ва. Для каждого вида осадка существует теоретич. предел сбраживания, зависящий от его состава: содержания в беззольном в-ве осадков жиров, белков и углеводов. Теоретически при сбраживании этих в-в выход газа составляет соответственно 0,92; 0,34 и 0,62 кг/кг. Предел сбраживания показывает, какая часть беззольного в-ва осадков может перейти в газ. Для осадков городских сточных вод он составляет 45—58%, при этом активный ил, содержащий больше белков и меньше жиров, имеет меньшее значение предела сбраживания. Реальный выход газа, т.е. эффективность процесса сбраживания, зависит от ряда параметров. Существенно влияет на скорость процесса темп-pa. В иловых камерах септиков, двухъярусных отстойников, осветлителей-перегнива-телей, в к-рых процесс протекает при ес-теств. темп-ре, длительность созревания осадка составляет соответственно 160; 60 — 120 и 20 — 130 сут. в зависимости от средней темп-рм сточных вод. В обогреваемых метантенках продолжительность сбраживания снижается до 5—14 сут. Процесс можно проводить в двух темп-рных режимах: мезофильном — при 30— 35°С и термофильном — при 50—55°С, Во втором случае скорость процесса в 2 раза выше, кроме того, достигается полная гибель яиц гельминтов и патогенных микроорганизмов. При мезофильных темп-рах степень обеззараживания осадка по содержанию сальмонелл и фекальных коли-форм достигает 90 %, по яйцам гельминтов 50—80%. В обоих режимах анаэробный ил легче переносит понижение темп-ры, чем ее повышение за указанные предельные значения. Важный показатель для ме-таногенных бактерий, имеющих оптимум рН в пределах 6,8—7,5,— реакция среды, Образующийся в процессе брожения СОг частично переходит в р-р. Между р-ром и газовой фазой устанавливается подвижное равновесие.

При устойчивом процессе брожения содержание СОг в газе примерно постоянно (30—35%), и в растворе поддерживается соответствующая концентрация бикарбонатов, определяющая величину щелочности, а следовательно, и значение рН бродящего осадка. Запас щелочности обеспечивает некоторую буферность среды. В случае снижения значения рН, т.е. увеличения концентрации ионов Н+ в среде, равновесие в системе сдвигается влево, что приводит к связыванию водородных ионов. На процесс сбраживания влияет возраст анаэробного ила, т.е. время и сутках, за к-рое происходит полный обмен активной биомассы метантенка. Биомассу принято оценивать но концентрации беа-зольного в-ва в бродящем осадке. Для поддержания пост, концентрации активной биомассы необходимо обеспечить равенство скоростей ее прироста и удаления микроорганизмов со сброженным осадком, Т.к. прирост биомассы в анаэробных системах невелик, возраст анаэробного ила должен быть достаточно большим, чтобы предотвратить вымывание микрофлоры из метантенка. Возраст анаэробного ила можно увеличить возвратом части сброженного и предварительно сгущенного осадка в метантенк. Наконец, на процесс брожения осадков городских сточных вод влияют такие токсичные соединения, как катионы тяжелых металлов, растворимые сульфиды, ПАВ, цианиды, фенолы. Резкое изменение любого из перечисленных параметров может привести к нарушению процесса сбраживания и прежде всего сказывается на жизнедеятельности метапо-генных бактерий, более требовательных и чувствительных к услоииям окружающей среды. При этом нарушается равновесие кислой и метановой стадий брожения, в среде накапливаются метаболиты кислотообразующих бактерий — НЖК. Обычно концентрация НЖК в бродящей массе составляет 300—700 мг/л, а в период нарушений она может достигать 2000— 3000 мг/л. Сами НЖК в концентрации до 6000—8000 мг/л не токсичны дли метано-генных бактерий, но их накопление выше уровня нейтрализующей способности системы приводит к снижению щелочности, а следовательно, и значения рН.

Процесс анаэробной стабилизации осадков реализуется в одно- и двухступенчатых схемах. Сбраживание по одноступенчатой схеме может осуществляться с рециклом части сброженного сгущенного осадка или без него. Двухступенчатые схемы применяют с целью либо отделения иловой воды и уменьшения объема сброженного осадка, либо интенсификации процесса брожения. В первом варианте необходимо предусматривать возврат иловой воды в начало очистных сооружений, чго приводит к повышению нагрузки на них и ухудшает качество очищенной воды. Второй вариант двухступенчатых схем основан па использовании принципиальных физиологич. различий кислотообразующих и метаиогенных бактерий и проведении каждой стадии брожения в отд. сооружении. Процесс получил название фазовой сепарации. Процесс анаэробной стабилизации позволяет получить стабильный, незагнивагощий осадок. Наличие в нем соединений азота, фосфора и калия позволяет использовать осадок в качестве удобрения в с.х~ве. Образующийся биогаз, имеющий теплотворную способность около 21000 кДж/м3 (5000 ккал/м ), обычно используют в котлах для поддержания выбранного темп-рного режима сбраживания. Процесс контролируют но совокупности параметров, важнейшими из к-рых являются рН, би-карбонатная щелочность, НЖК, кол-во и состав биогаза.

7.Септики. Предназначение, конструкция и расчет: Септики применяют для предварительной обработки сточных вод, поступающих от малых населенных пунктов и отдельно расположенных объектов, с расходом не более 25 м³/сутки.

Септик представляет собой прямоугольный или круглый проточный резервуар, в котором из сточной воды при ее медленном движении выпадают взвешенные вещества. Выпавший осадок находится в резервуаре от 6 до 12 мес, в течение которых он подвергается анаэробному разложению. Чтобы обеспечить малую скорость движения сточной воды и возможность длительного пребывания осадка, объем септиков должен быть очень большим. Вследствие этого стоимость их получается высокой.

Достоинство септиков состоит в том, что процент задержания в них нерастворенных веществ довольно высок. Однако септикам свойственны существенные недостатки. Вследствие непрерывного поступления в них свежих порций осадка распад органического вещества зачастую идет лишь до образования жирных кислот без последующего превращения их в метан и углекислоту. Накопление кислот вызывает замедление процесса сбраживания.

Мельчайшие пузырьки газа (метана, диоксида углерода и частично сероводорода), выделяющиеся в результате сбраживания осадка, поднимаются наверх и увлекают за собой иловые частицы, которые образуют на поверхности септика уплотненную корку. Толщина корки обычно колеблется от 0,35 до 0,4 м, но иногда достигает 1 м.

Всплывающие и опускающиеся частицы осадка, насыщенные гнилостными газами, соприкасаясь с очищаемой водой в септике, снова загрязняют ее, затрудняя дальнейшую очистку. Сточная вода, выходящая из септика, приобретает неприятный резкий запах сероводорода и кислую реакцию. Очистка такой воды иногда более затруднительна, чем сырой. Под влиянием сероводорода стенки железобетонного септика быстро разрушаются. По этим причинам область применения септиков весьма ограничена.

Для улучшения условий эксплуатации и, в частности, уменьшения выноса взвешенных веществ септики больших размеров рекомендуется разделять по длине на две или три камеры поперечными перегородками с отверстиями. При расходах сточных вод до 5 м³/сутки рекомендуется применять однокамерный септик, а при расходах более 5 м³/сутки — двух- или трехкамерный. В двухкамерных септиках объем первой камеры следует принимать равным 0,75, а в трехкамерных — 0,5 расчетной Вместимости; вместимость второй и третьей камеры составляет по 0,25 расчетной вместимости.

Д ля упрощения конструкций септика допускаются отклонения от указанных соотношений вместимостей камер. С этой же целью септик может быть сделан не прямоугольным, а в виде отдельных камер, круглых в плане, из бетонных колец.

Материалом для септиков могут служить кирпич, камень, железобетон и дерево. В последнем случае для водонепроницаемости рубленый септик должен быть хорошо проконопачен, осмолен и обложен со всех сторон плотным слоем мятой глины толщиной не менее 0,4 м.

В настоящее время Государственным институтом типового проектирования и технических исследований составлены типовые проекты септиков из сборного железобетона или кирпича для применения их на небольших объектах с суточным водоотведением от 0,5 до 10 м³/сутки (табл. 4.28). На рис. 4.46 приведена схема многокамерного септика из железобетонных колец диаметром 2000 мм. Рис. 4.46. Схема многокамерного септика. Впуск и выпуск воды может быть осуществлен с помощью тройников, концы которых опущены в жидкость ниже корки. Верхняя часть Тройника должна быть открытой и доступной для очистки. Вода из одной камеры септика поступает в другую через отверстия в разделительных стенках. Для задержания плавающих веществ перед отводящей трубой может быть установлен щит, верхняя грань которого должна возвышаться над уровнем воды в септике не менее чем на 20 см.

Осадок из септика следует периодически удалять, но не полностью — около 20% его нужно оставлять для заражения анаэробными бактерия- ми вновь поступающего осадка. Осадок удаляется самотеком по иловой трубе под гидростатическим напором или откачивается насосом.

Расчет септика состоит в определении объема проточной и иловой частей (корки и осадка на дне). Проточную часть рассчитывают на пребывание в ней воды в течение 1—3 суток. При расходе сточных вод до 5 м³/сутки проточная часть принимается равной 3 Q, а при расходе более 5 м³/сутки — не менее 2,5 Q (где Q — суточный расход воды).

Для бытовых сточных вод расход выпадающего осадка с влажностью до 95% составляет 0,8 л/сутки на одного человека. В нижних слоях влажность выпавшего осадка вследствие уплотнения доходит до 85%. При расчете емкости иловой части можно принять среднюю влажность осадка равной 90%. Кроме того, в септиках происходит распад ила в среднем на 30%. Таким образом, объем иловой части септика на одного человека при сроке перегнивания 180 дней с учетом содержания 20% осадка, остающегося при чистке септика, составит:

Для упрощения эксплуатации септиков длительность пребывания ила в установках малого объема может быть увеличена до 1 года, что приводит к увеличению объема, септической части.

Обработанные в септиках сточные воды могут быть использованы в агрикультурных целях.