Биологическая очистка в биофильтрах

В биофильтрах биоразлагаемые органические вещества жидких отходов сорбируются и окисляются также в аэробных ус­ловиях популяций бактерий, образующих биологи­ческую пленку на поверхности насадки или загрузочного материа­ла.

Биофильтры классифицируются по различным признакам, ос­новным из которых является конструктивная особенность загру­зочного материала:

- объемная загрузка (гравий, шлак, керамзит, щебень);

- плоскостная загрузка (пластмассы, асбестоцемент, ке­рамика, металл и др.).

Биофильтры с объемной загрузкой подразделяют на:

- капель­ные: крупность фракций загрузочного материала 20-30 мм, высота слоя загрузки 1-2 м;

- высоконагружаемые: крупность загрузочного материала 40-60 мм, высота слоя за­грузки 2-4 м;

- большой высоты (башенные): крупность загрузоч­ного материала 60-80 мм, высота слоя загрузки 8-16 м.

Объем­ный загрузочный материал имеет плотность 500-1500 кг/м³ и по­ристость 40-50%.

Капельные биофильтры применяют при расходах сточных вод до 1000 м³/сут, а высоконагружаемые и большой высоты – до 50 тыс. м³/сут.

Высоконагружаемые биофильтры отличаются от капельных большей окислительной мощностью, равной 0,75-2,25 кг/(м³ ∙ сут) БПК, обусловленной лучшим обменом воздуха и незаиляемостью загрузки. Достигается это применением загрузочного материала повышенной крупности, увеличением рабочей высоты загрузки до 2-4 м и гидравлической нагрузки до 10-30 м³/(м² ∙ сут).

Высоконагружаемые биофильтры могут быть с естественной и искусственной аэрацией. В отечественной практике широкое распространение получили сооружения с искусственной вентиляцией – аэрофильтры. Особенностью аэрофильтров является специальная конструкция днища и дренажа, обеспечивающая возможность искусственной продувки материала воздухом. Воздух в междудонное пространство подается вентиляторами под давлением 100 мм вод. ст. (981 Па) у ввода в аэрофильтр. Удельный расход воздуха принимается равным 8-12 м³ на 1 м³ очищаемой воды. Для предотвращения потери воздуха на отводных трубопроводах необходимо устраивать гидравлические затворы глубиной 200 мм.

К биофильтрам с плоскостной загрузкой относятся:

- с жесткой засыпной загрузкой: в качестве загрузки керамические, пластмассовые и металличе­ские засыпные элементы (плотность 100-600 кг/м³, пористость 70-90%, высота слоя загрузки 1-6 м);

- с жесткой блочной загрузкой: блочные загрузки из различных видов пластмассы (гофрированные и плоские листы или пространственные элементы) и из асбестоцементных листов, (плотность пластмассовой загрузки 40-100 кг/м³, пористость 90-97%, высота слоя загрузки 2-16 м; плотность асбестоцементной загрузки 200-250 кг/м³, пористость 80-90%, высота слоя загрузки 2-6 м);

- с мягкой или рулонной загрузкой: из металлических сеток, пластмассовых пленок, синтетических тканей (нейлон, капрон), которые крепятся на каркасах или укла­дываются в виде рулонов (плотность 5-60 кг/м³, по­ристость 94-99%, высота слоя загрузки 3-8 м).

Активная часть биопленки в биофильтре распространяется на глубину 70-100 мкм. В слоях пленки, прилегающих к насадке, создаются анаэробные условия, образуются органические кислоты (и газы СН₄ и H₂S), величина рН снижается, происходит частичное отмирание клеток. Под воздействием гидравлической нагрузки такие пленки отрываются от субстрата и выносятся с водой.

По технологической схеме работы биофильтры могут быть одноступенчатыми и двухступенчатыми, при этом режим работы назначается как с рециркуляцией, так и без нее.

На рис. показана схема устройства секции биофильтра, в котором насадкой служат блоки из листовой пластмассы. Блоки могут быть выполнены из поливинилхлорида, полистирола, полиэтилена, полипропилена, поли­амида и других материалов, компоненты которых не отравляют активную биопленку. Для орошения насадки вода с загрязнениями периодически или непрерывно подается в верхнюю часть сооружения через неподвижные разбрызгиватели (сплинклеры) или реактивные вра­щающиеся водораспределители.

Рис. Секция биофильтра (а) с пластмассовой насадкой (б): 1 – ороситель;

2 – трубопровод для подачи воды на очистку; 3 – блоки насадки;

4 – отвод очищенного стока; 5 – ввод воздуха

Биохимическое окисление органических загрязнений относи­тельно небольшого (до 1000 м³/сут) количества производствен­ных сточных вод успешно проводят в погружных дисковых вра­щающихся биофильтрах (рис.). Обычно пластмассовые диски диаметром 2-3,5 м и толщиной 10-20 мм полупогружены в очи­щаемую жидкость и вращаются со скоростью 1-2 мин^-1. Расстоя­ние между дисками составляет 15-20 мм, зазор между ними и ци­линдрическим днищем аппарата 25-50 мм. Микробиологическая пленка развивается на поверхности дисков, непрерывно опадает и воспроизводится, сохраняя примерно постоянной свою среднюю толщину. Органические загрязнения сорбируются биопленкой при погружении дисков в воду и эффективно окисляются в условиях аэробного процесса в биопленке при ее прямом контакте с возду­хом.

Рис. Дисковый вращающийся биофильтр (а) и схема движения потока массы g_у

за­грязнений в биопленку (б)

К сточным водам, поступающим на биофильтрацию, предъ­являются соответствующие требования:

• содержание взвешенных веществ не более 100 мг/л;

• наличие соответствующих количеств биогенных веществ;

• рН 7-8;

- t 18-25 ⁰C;

- содержание нефтепродуктов не более 25-30 мг/л;

• БПК_полн должна быть не более 300-500 мг/л.

Основными методами интенсификации работы биофильтров являются:

1. изменение технологической схемы работы всего комплекса сооружений;

2. замена объемной загрузки на плоскостную (с возможным наращиванием ограждающих стен и увеличением слоя загрузочного материала);

3. изменение системы водораспределения сточных вод по поверхности загрузки биофильтра;

4. использование многоступенчатой схемы очистки в биофильтрах;

5. повышение ферментативной активности микроорганизмов за счет воздействия ультразвуком.