Кузнецов А.Е., Градова Н.Б., Лушников С.В. и др. Прикладная экобиотехнология. Учебное пособие. В 2-х томах

Для уменьшения в аэрационном объеме доли неактивной части ила используется регенератор активного ила, который может быть совмещен с аэротенком или расположен отдельно. Объем регенератора не превышает 1/3 объема аэротенка. В него подается только суспензия возвратного ила и не подается вода (см. рис. 1.21). Аэрация активного ила в этой зоне в течение 30–60 мин приводит к восстановлению его способности окислять органические соединения и к окислению сорбированных органических веществ: коллоидов, твердых частиц, трудноокисляемых соединений, продуктов автолиза ила. При этом содержание взвешенных веществ в сточных водах снижается на 20–40%, БПК5 на 15–25%. Из-за того что концентрация ила в регенераторе повышенная (при средней концентрации ила в аэротенке 1,5–2,5 г/л содержание его в регенераторе составляет 4–8 г/л), т. е. такая же, как в осадке вторичного отстойника, средняя концентрация активного ила и окислительная мощность в аэротенке с регенератором более высокая, чем без регенератора. Избыточный ил, отводимый из регенератора, глубоко минерализован, не загнивает на воздухе, легко отдает влагу. Другие преимущества схемы с регенератором – более высокая устойчивость к резким изменениям нагрузки и условий очистки в аэротенке, поскольку часть ила находится в регенераторе, куда сточная вода не подается; улучшение седиментационных свойств активного ила (регенерация уменьшает количество нитчатых микроорганизмов), а также снижение капитальных и эксплуатационных затрат. Регенерацию наиболее часто применяют при очистке сточных вод, содержащих легкоокисляемые соединения при БПКп поступающей в аэротенки воды свыше 150 мг/л. Регенерацию ила можно проводить и в аэротенках обычных конструкций, однако это целесообразно только при работе аэротенка в режиме длительной (продленной) аэрации.

При высокой концентрации органических загрязнений в воде, а также при наличии в воде веществ, скорость окисления которых существенно различается, при необходимости удаления как органических загрязнений, так и биогенных элементов (азота, фосфора) целесообразно применение двухступенчатой или многоступенчатой схемы (см. рис. 1.21). При такой схеме активный ил может циркулировать только в пределах своей ступени, не смешиваясь с другими илами, а избыток ила отводится раздельно. С использованием ее может быть достигнута высокая окислительная мощность первой ступени, лучшая адаптация ила к различному спектру загрязнений на каждой из ступеней, при этом аэротенк первой ступени может работать как аэротенк-смеситель, а аэротенк второй ступени – как аэротенк-вытеснитель (см. ниже), который позволяет лучше очистить сточные воды от оставшихся трудноокисляемых загрязнений. За счет этого суммарное уменьшение объема аэротенков может составить 15–25% по сравнению с одноступенчатой схемой. В первую ступень аэротенка могут быть введены регенераторы. Ил со второй ступени сильно минерализован и нуждается только в обезвоживании, т. е. затраты на его дальнейшую обработку небольшие. Ил с первой ступени также может быть утилизирован. Общий вид сооружений с такой многоступенчатой очисткой с использованием двух вторичных отстойников и предназначенных для очистки сточных вод производства биоэтанола приведен на рис. 1.24. Сточная вода поступает в усреднитель-смеситель,

Внекоторых случаях двухступенчатая система аэротенков позволяет проводить очистку без первичного отстаивания, что облегчает эксплуатацию очистных сооружений. Она более эффективна при очистке сточных вод, характеризующихся резкими изменениями концентрации загрязнений, с высоким содержанием легкоразлагаемых, а также токсичных и трудноразлагаемых веществ. Недостаток многоступенчатой схемы – необходимость сооружения промежуточного вторичного отстойника, что увеличивает общий объем сооружения и повышает гидравлические потери напора при прохождении жидкости по сооружениям и, следовательно, повышает энергозатраты на перекачивание циркулирующего активного ила. Однако это может быть компенсировано более глубокой очисткой сточных вод, сокращением расхода воздуха и аэрационного объема.

По гидродинамическому режиму потока сточных вод и способу смешения активного ила с очищаемой водой аэротенки подразделяются на вытеснители, смесители, аэротенки с рассредоточенным впуском сточной жидкости (промежуточного типа). По нагрузкам на активный ил различают высоконагружаемые, обычные и низконагружаемые аэротенки. По конструктивным признакам – прямоугольные, круглые, комбинированные, противоточные, шахтные, фильтротенки, флототенки и др. По типу систем аэрации – с пневматическими, механическими, гидродинамическими и пневмомеханическими аэраторами.

Ваэротенке-вытеснителе (коридорном аэротенке, рис. 1.25), представляющем собой коридорное сооружение, жидкость и рециркулируемый активный ил подаются в начало аэротенка и отводятся в конце сооружения. При достаточно высоком соотношении общей длины коридоров аэротенка к ширине коридора (более 30–40) гидродинамический режим движения жидкости в аэротенке наиболее близко приближается к режиму течения в резервуаре, разделенном перегородками на шесть–восемь последовательно работающих секций. В аэротенках данного типа глубина очистки сточных вод является функцией расстояния, пройденного жидкостью от точки впуска, а рост микроорганизмов активного ила в таком режиме происходит по закону тубулярной культуры (рис. 1.26). Изза высокой концентрации загрязнений в начале аэротенка, где неразбавленная сточная вода контактирует с илом, наблюдается более высокая скорость окисления, чем в аэротенках-смесителях. Большая длина аэрационных коридоров положительно влияет на степень разложения. В конце коридорного сооружения содержание загрязнений незначительное, микроорганизмы ила голодают и частично минерализуются. Высокая нагрузка по загрязняющим веществам в начале аэротенка положительно влияет и на способность аэробного ила к осаждению, сокращая число нитчатых бактерий в активном иле.

Подачу кислорода в аэротенке-вытеснителе целесообразно распределять неравномерно по его длине: в начале потока аэрация должна быть интенсивнее, поскольку здесь концентрация загрязнений наиболее высокая и в первую очередь окисляются легкодоступные субстраты. Однако на практике такой оптимальный режим аэрации сложно организовать. Поэтому современные аэробные системы разделяют на несколько зон, в которых, например, концентрация кислорода измеряется раздельно, и его необходимое содержание обеспечивается в определенной зоне соответствующими воздуходувками.

Чем выше нагрузка на очистные сооружения, тем ниже степень очистки. Так, при очистке бытовых сточных вод увеличение удельной нагрузки BX с 0,2 до 2 г БПК5/г асв ила в сутки может снизить степень очистки по БПК5 с 90% до 50%.

Высоконагружаемые аэротенки часто используют на первой ступени двухступенчатой очистки сточных вод, а также если предполагается утилизация избыточного активного ила (как кормовой добавки, сырья для получения активированного угля и т. д.). Низконагружаемые аэротенки (аэротенки с продленной аэрацией) используют для очистки малых количеств сточных вод (до 1000 м3/сут). Преимущество таких режимов в незначительном приросте ила, его лучшей стабилизации и более легком отделении.

Количество сточных вод, поступающих на очистные сооружения, может меняться в зависимости от времени суток, графика технологических операций, интенсивности атмосферных осадков. Сильные колебания нагрузки отрицательно влияют на показатели биологической очистки, чрезмерная гидравлическая нагрузка может привести к выносу ила из аэротенка и вторичного отстойника. Для сглаживания нагрузок в системе очистки предусматривают дополнительную ем- кость-усреднитель или возможность одновременной работы нескольких систем в параллельном режиме, т. е. проектируют очистные сооружения с резервом мощности. Иногда вынос ила можно предотвратить сменой гидродинамического режима очистки, например, с вытеснения на рассредоточенную подачу сточной воды, а также изменяя долю ила рециркулируемого и избыточного, удаляемого из вторичного отстойника.

В табл. 1.14 сопоставлены некоторые показатели качества выходного стока при различных режимах нагрузки.

Таблица 1.14.

Показатели качества выходного стока при различных режимах нагрузки аэротенков

При 32–40 °С скорость роста и соответственно потребления субстрата практически не меняется, а при дальнейшем повышении температуры уже до 45 °С большинство гетеротрофных микроорганизмов становятся нежизнеспособными. Термотолерантные и термофильные микроорганизмы активны при температурах 50–60 °С и могут потреблять субстрат со скоростью приблизительно на 50% выше, чем при 35 °С.

Снижение температуры от 20 до 6 °С приводит к падению скорости очистки в 2 раза, при этом нитрификация замедляется более существенно, снижается флокулирующая способность микроорганизмов, что приводит к вымыванию активного ила из систем вторичных отстойников. Поскольку удельная скорость роста нитрификаторов ниже, чем гетеротрофов, в первую очередь из системы вымываются нитрификаторы. Для поддержания работоспособности аэротенков и качества очистки в зимнее время повышают концентрацию активного ила, его возраст, увеличивая долю рециркулируемого ила, и повышают время пребывания сточных вод в системе очистки.

Изменение температуры от 20 до 37 °С повышает скорость очистки в 2–3 раза, в биоценозе преимущественно развиваются мезофильные и термофильные формы микроорганизмов, возрастает полнота очистки. Однако при повышении температуры снижается растворимость кислорода в воде (табл. 1.15), и требуется более интенсивная аэрация для обеспечения микроорганизмов кислородом. При температуре выше 40 °C нитрификация может полностью прекратиться. Кроме того, ухудшается способность ила к осаждению, в стоке увеличивается содержание взвешенных веществ, так как в аэротенке образуется большое количество одиночных микроорганизмов, не участвующих в образовании хлопьев (наблюдается мутный сток на выходе со вторичного отстойника). Резкие изменения даже в пределах от 25 до 35 °С отрицательно сказываются на процессе очистки.

Таблица 1.15.

Растворимость кислорода воздуха при различных температурах*

мг/л

*Зависимость равновесной концентрации растворенного кислорода воздуха COX (мг/л) от температуры можно описать уравнением: COX = 468/(31,6 + T)

Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов в аэротенке необходимо поддерживать определенную концентрацию растворенного кислорода. Поскольку растворимость кислорода в воде низкая, в большинстве случаев требуется интенсивная аэрация среды и именно она обычно лимитирует общий процесс биологической очистки. Недостаток растворенного кислорода в среде ухудшает флокуляционную и седиментационную способность ила, понижает скорости роста микроорганизмов, окисления субстратов и степень очистки.