128. Биологические методы очистки сточных вод. Технологическая схема очистной станции с биологической очисткой сточных вод на биофильтрах.

Биологические методы очистки сточных вод основаны на жизне¬деятельности микроорганизмов, которые минерализуют растворенные ор¬ганические соединения, являющиеся для микроорганизмов источниками питания. Сооружения биологической очистки условно могут быть разделе¬ны на два вида. К первому виду относятся сооружения, в которых процесс биологической очистки протекает в условиях, близких к естественным - по¬ля фильтрации и биологические пруды. В сооружениях второго вида ана¬логичная очистка осуществляется в искусственно созданных условиях - в аэротенках и биофильтрах.

Методы почвенной очистки сточных вод основаны на способности самоочищения почвы; осуществляется такая очистка на полях орошения или на полях фильтрации.Полями орошения называются специально подготовленные и спланированные земельные участки, предназначенные для очистки сточных вод и для выращивания на них сельскохозяйственных культур. Если земельные участки предназначаются только для очистки сточных вод, они носят название полей фильтрации.

Сущность процесса очистки состоит в том, что при фильтрации сточных вод через почву в верхнем ее слое задерживаются взвешенные и коллоидные вещества, образующие на поверхности почвы густозаселенную микроорганизмами пленку. Эта пленка поглощает (адсорбирует) на своей поверхности растворенные органические вещества, находящиеся в сточных водах. Используя кислород, проникающий из атмосферы в поры почвы, микроорганизмы переводят органические вещества в минеральные соединения. Таким образом, наличие кислорода является необходимым условием нормального хода процесса. По мере углубления количество кислорода в почве быстро уменьшается и, наконец, наступает зона анаэробиоза (жизнь в отсутствие свободного кислорода), где окисление органических веществ, проникающих сюда в виде растворов, происходит только за счет процесса денитрификации (процесс восстановления нитратов до молекулярного азота), так как в зону анаэробиоза сточные воды попадают с большим запасом нитритов.

Биологические пруды представляют собой искусственно созданные водоемы для биологической очистки сточных вод, основанной на процессах, которые происходят при самоочищении водоемов. Пруды делают небольшой глубины — от 0,5 до 1 м. Это позволяет создать значительную поверхность соприкосновения воды с воздухом и обеспечить прогрев всей толщи воды и хорошее ее перемешивание. Таким образом, создаются благоприятные условия для массового развития водных организмов, в частности планктонных водорослей, которые ассимилируют биогенные элементы и в результате процесса синтеза обогащают воду кислородом, необходимым при окислении органических веществ. Биологические пруды обеспечивают более высокий эффект бактериального самоочищения, чем сооружения искусственной биологической очистки. Так, число кишечных палочек в прудах снижается ш 95,9— 99,9% начального содержания. Содержание яиц гельминтов в воде, прошедшей биологические пруды, ничтожно мало. Различают следующие виды биологических прудов: 1) пруды с разбавлением (рыбоводные); 2) пруды без разбавления (многоступенчатые или серийные); 3) пруды для доочистки сточных вод. В первом случае сточные воды после предварительного осветления в отстойниках смешивают со свежей речной водой в пропорциях 1:3— 1:5 и направляют в одноступенчатые проточные пруды, где идет процесс окисления органического вещества. Нагрузка сточной воды составляет 125—300 м3/(га•сутки). Размер каждого пруда 0,5—7 га. Продолжительность пребывания воды (с учетом разбавления) 8—12 дней. В прудах можно разводить рыбу. Во втором случае сточные воды после предварительного отстаивания направляют в пруд без разбавления чистой водой.

Продолжительность очистки сточной воды в прудах этого типа больше, чем в прудах первого типа; обмен воды происходит за срок до 30 дней. Для того чтобы обеспечить надлежащую очистку воды, пруды без разбавления устраивают в 4—5 ступеней (серийные пруды), которые вода проходит последовательно. Степень чистоты воды с каждой последующей ступенью постепенно повышается. Пруды каждой ступени обычно имеют площадь 2—2,5 га. При необходимости по местным условиям повышенной очистки сточных вод для их доочистки (после искусственных очистных сооружений) рекомендуется устраивать биологические пруды третьего вида. Число ступеней в таких прудах должно быть: при поступлении в них биологически очищенных сточных вод—2—3 ступени, при поступлении ных сточных вод — 4—5 ступеней.

Биологический фильтр — сооружение, в котором сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой, образованной колониями микроорганизмов. Биофильтр состоит из следующих основных частей: а) фильтрующей загрузки (тело фильтра) из шлака, гравия, керамзита, щебня, пластмасс, асбестоцемента, помещенной обычно в резервуаре с водопроницаемыми или водонепроницаемыми стенками; б) водораспределительного устройства, обеспечивающего равномерное с небольшими интервалами орошение сточной водой поверхности загрузки биофильтра; в) дренажного устройства для удаления профильтровавшейся воды; г) воздухораспределительного устройства, с помощью которого поступает необходимый для окислительного процесса воздух. Процессы окисления, происходящие в биофильтре, аналогичны процессам, происходящим в других сооружениях биологической очистки, и в первую очередь на полях орошения и полях фильтрации. Однако в биофильтре эти процессы протекают значительно интенсивнее. Проходя через загрузку биофильтра, загрязненная вода оставляет в ней нерастворенные примеси, не осевшие в первичных отстойниках, а также коллоидные и растворенные органические вещества, сорбируемые биологической пленкой. Густо заселяющие биопленку микроорганизмы окисляют органические вещества и отсюда черпают энергию, необходимую для своей жизнедеятельности. Часть органических веществ микроорганизмы используют как пластический материал для увеличения своей массы. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества и в то же время увеличивается масса активной биологической пленки в теле биофильтра. Отработанная и омертвевшая пленка смывается протекающей сточной водой и выносится из тела биофильтра. Необходимый для биохимического процесса кислород воздуха поступает в толщу загрузки путем естественной и искусственной вентиляции фильтра. Эффективность процесса очистки в аэротенках, качественное состояние и окислительная способность активного ила определяются рядом условий, к которым относятся: состав и свойства сточных вод, гидродинамические условия перемешивания, соотношение количеств поданных загрязнений и жизнеспособного ила, кислородный режим в сооружении, температура и активная реакция среды, наличие элементов питания, присутствие активаторов или ингибиторов процесса и т. п. Некоторые из этих условий могут быть изменены в процессе эксплуатации для регулирования технологического режима. Основанием для таких изменений являются одновременные учет и сопоставление всех указанных параметров. Одной из основных характеристик состояния активного ила в аэротенке является до настоящего времени нагрузка загрязнений на ил, т. е. соотношение количества поданных загрязнений на единицу массы ила в единицу времени (в сутки). Обычно за меру количества загрязнений принимают их кислородные эквиваленты — ВПК и ХПК- По структуре потоков различают: аэротенки-вытеснители (см. рис. 4.104), в которые сточная вода и возвратный ил впускаются сосредоточенно с одной из торцовых сторон аэротенка и выходят также сосредоточенно с другой торцовой стороны сооружения; аэротенки-смесители (рис. 4.107,а), в которых подвод и отвод сточной воды и ила осуществляется равномерно вдоль длинных сторон коридора аэротенка; при этом считается, что происходит полное смешение поступающей сточной воды с находящейся в аэротенке; аэротенки с рассредоточенной подачей сточной воды, в которых последняя подводится в нескольких точках по длине аэротенка, а отводится сосредоточенно в его торцовой части; возвратный ил подается осредоточенно в начало аэротенка. Вторичные отстойники служат для задержания активного ила, поступающего вместе с очищенной водой из аэротенков, или для задержания биологической пленки, поступающей с водой из биофильтров. Вторичные отстойники бывают вертикальными, горизонтальными и радиальными. Для очистных станций небольшой пропускной способности обычно применяют вертикальные, а для больших и средних станций — горизонтальные и радиальные вторичные отстойники. Осаждающийся во вторичных отстойниках активный ил имеет высокую влажность (99,2—99,5%). Основная часть этого ила поступает на регенерацию и снова подается в аэротенк; этот ил называют рециркуляционным. Так как в результате деятельности микроорганизмов масса активного ила непрерывно увеличивается, то образуется так называемый избыточный активный ил, который отделяется от рециркуляционного и направляется на дальнейшую переработку (в метантенки, на обезвоживающие установки, а также для использования в сельском хозяйстве). Направлять в метантенки огромную массу избыточного активного ила с высокой влажностью нерентабельно, поэтому его предварительно уплотняют. Применяемые для этого сооружения называются илоуплотнителями. Устройство илоуплотнителей на современных станциях аэрации обязательно.

Технологическая схема очистной станции с биологической очисткой сточных вод на биофильтрах: 1 - сточная вода; 2 - решетки; 3 - песколовки; 4 - первичные отстойники; 5 - биофильтры; 6 - вторичные отстойники; 7 - контактный резервуар; 8 - выпуск; 9 - отбросы; 10 - дробилки; 11 - хлораторная установка; 12 - осадок из первичных отстойников; 13 - биопленка из вторичных отстойников; 14 - песок; 15 - бункер песка; 16 - иловые площадки .