tehnologi_epta / 2tehn

Необходимую степень очистки по взвешенным веществам, в % определяют по формуле:

Dв=100(C-m)/C,

где С-концентрация взвешенных веществ в сточной воде до очистки, г/м3

Обоснование выбора состава сооружений.

Выбор методов очистки сточных вод и определение состава сооружений представляет собой сложную технико-экономическую задачу и зависят от многих факторов: расхода сточных вод и мощности водоема, расчета необходимой степени очистки, рельефа местности, характера грунтов, энергетических затрат и других факторов.

Расчет необходимой степени очистки показывает, какой эффект задержания загрязняющих веществ необходимо достичь на очистных сооружениях.

На сооружениях механической очистки эффект снижения взвешанных веществ составляет 40-60%, что приводит также к снижению БПКполн на 20-40%.

Возможен вариант, что необходимый эффект очистки обеспечивается только сооружениями механической очистки при Q<10 тыс. м3сут. При применении биологической очистки использование биофильтров целесообразно при Q=10-20 тыс. м3сут, аэротенков-при Q=50 тыс. до 2-3 млн. м3сут.

Если расчет необходимой степени очистки сточных вод определяет более высокий эффект, чем могут обеспечить сооружения биологической очистки, то возникает необходимость глубокой очистки сточных вод.

Необходимую степень очистки ст. вод, спускаемых в водоѐм, находят по следующим показателям: кол-во в.в, потребление растворѐнного кислорода, допускаемая БПК смеси речных и сточных вод, изменение активной реакции воды, а также ПДК токсичных примесей и др. вредных веществ.

- по в.в.– предельно допустимое содержание в.в, m, г/м3, спускаемых в водоѐм ст. водах:

m=P(a*Q/q+1)+b, где Р – допустимое санитарными нор-мами увеличение содержания в.в в водоѐме после спуска ст. вод, г/м3, Q – наименьший среднемесячный расход воды в водоѐме 95%-ной обеспеченности, м3/с, b – содержание в.в. в водоѐме до спуска в него ст. вод, г/м3.

Сепень необходимой очистки: Э=100(C-m)/C,

C - к-во в.в. до очистки, мг/л.

- по растворѐнному в воде водоѐма кислороду:

После смешения, содержание растворѐнного кислорода должно быть не ниже 4 мг/л, для рыбохоз-ых водоѐмов – 6 мг/л.

Допустимая БПКполн. ст. вод при выпуске еѐ в водоѐм:

LСТ=(a*Q)/(q*10 –Kстt)*(LП.Д-LР*10 –Крt)+LП.Д/(10 –Kстt),

Где КСТ, КР – константы скорости потребления кислоро-да ст. и речной водой; LП.Д – предельно допустимая

БПКполн смеси речной и ст. воды в расчѐтном створе, LР – БПКполн речной воды до места выуска ст. вод; мг/л, t – продолжительность перемещения воды.

Э=100(La-Lст)/La.

La – БПКполн ст. вод, поступающих на очистку.

- расчѐт допускаемой тем-ры ст. вод перед сбросом.

Тстn*Тдоп + Тмакс,

Тст–тем-ра сбрасываемой воды, Тдоп–допускаемое повышение тем-ры воды водоѐма до места выпука ст. вод.

- по изменению рН

Сдоп.к.=(n-1)*Ск, Сдоп.щ.=(n-1)*Сщ,

Ск – максимальное содержание кислорода, Сщ-щелочи. n – количество разбавлений водой.

- по содержанию вредных веществ Э=(1-((1-(n-1)/n* (CiВ/ CiДОП))/(1/n* (CiВ/ CiДОП)))*100

CiВ – конц-ция определѐнного в-ва в воде водоѐма до сброса стоков, CiДОП – ПДК расчѐтного в-ва.

7.Свойства активного ила и биопленки, их сравнительная оценка. Различия в схемах очистных комплексов с аэротенками и биофильтрами.

Активный ил является амфотерной коллоидной системой. Сухое вещество активного ила содержит 70-90% органических и 10-30% неорганических веществ. Кроме живых организмов, в иле содержится субстрат – различные твердые остатки, к которым крепятся микроорганизмы. По внешнему виду активный ил

представляет собой комочки и хлопья размером 3-150 мкм и высокой удельной поверхностью – около 1200 м2 на 1 м3 ила.

Сообщество живых организмов, населяющих активный ил или биопленку, называют биоценозом. Биоценоз активного ила представлен в основном 12 видами микроорганизмов и простейших. Биоценоз активных илов состоит из бактерий, простейших, плесневелых грибов, дрожжей, актиномицет, личинок насекомых, рачков, водорослей и др. Основное разрушение органических загрязнений в стоках осуществляется бактериями. В 1 м3 ила содержится 2*1014 бактерий. В активном иле они находятся в виде скоплений, окруженных слизистым слоем (зооглеи). Состав биоценоза ила зависит от наличия и концентрации в сточной воде разнообразных органических веществ. Только основная группа бактерий (80-90%) участвует в процессе очистки СВ, остальное содержание ила составляют сопутствующие группы микробов.

Качество ила определяется скоростью его осаждения и степенью очистки жидкости. Состояние активного ила характеризует иловый индекс, который зависит от способности ила к осаждению. Крупные хлопья оседают быстрее, чем мелкие.

Биопленка растет на наполнителе биофильтра и имеет вид слизистых образований толщиной 1-2 мм. Видовой состав биопленки более разнообразен, чем активного ила. Биопленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей, личинок насекомых, червей, клещей и других организмов. В 1 м3 биопленки содержится 1*1012 бактерий.

Видовой состав бактерий биопленки практически не отличается от активною ила, при условии обработки сточных вод одного и того же состава.

Существенные различия между активным илом и биопленкой наблюдается в составе фауны. В биопленке в большом количестве развиваются черви, потребляющие в качестве питания избыточную биомассу. Минерализуя биопленку, они способствуют ее выносу из загрузки, а прорывая ходы в биопленке, черви облегчают доступ кислорода к глубоким ее слоям.

Фауна биофильтров подвержена сезонным изменениям. В определенные периоды года в биофильтре развивается множество очень прожорливых личинок и куколок насекомых. Поедая биопленку, они, как и черви, минерализуют ее.

Микроорганизмы обладают рядом особых свойств, из которых следует выделить три основных, широко используемых для целей очистки:

1.Способность потреблять в качестве источников питание самые разнообразные органические (и некоторые неорганические) соединения для получения энергии и обеспечения своего функционирования.

2.Свойство быстро размножаться. В среднем число бактериальных клеток удваивается через каждые 30 мин.

3.Способность образовывать колонии и скопления, которые сравнительно легко можно отделить от очищенной воды после завершения процессов изъятия содержавшихся в ней загрязнений.

Биологическая очистка городских и производственных сточных вод в аэробных условиях: закономерности и варианты конструктивного оформления процессов.

Биологической очисткой сточных вод называют систему процессов и сооружений по изъятию органических и неорганических загрязнений биохимическими методами.

Блок биологической очистки включает биологический реактор в сооружениях по отделению биомассы и вспомогательное оборудование. По условию проведения биологической очистки используются аэробные и анаэробные процессы в психофильных, мезофильных и термофильных условиях. Основой биологического процесса является активная биомасса. Основной технологический процесс – окисление в аэробных условиях. С инженерной точки зрения определяющими факторами для технологического и конструктивного оформления процесса биологической очистки будут являться скорости изъятия загрязнений из очищаемой воды, то есть собственно процесса очистки воды и скорости биохимического разложения изымаемых загрязнений. Поэтому представляют интерес основные закономерности развития колонии микроорганизмов,

вводимой в контакт с жидкостью, содержащей для них питательные вещества при достаточном обеспечении ее кислородом. В данном развитии можно выделить следующие фазы:

1. Лаг-фаза I, или фаза адаптации ила к составу сточной воды. Прироста биомассы практически не происходит.

2. Фаза экспоненциального (ускоренного) роста II, в которой избыток питательных веществ и отсутствие продуктов обмена способствуют максимальной скорости размножения клеток.

3. Фаза замедленного роста III, в которой скорость роста биомассы начинает сдерживаться недостатком питания и накоплением продуктов метаболизма.

4.Фаза нулевого роста IV, в которой наблюдается практически стационарное состояние в количестве биомассы.

5.Фаза эндогенного дыхания (фаза самоокисления) V, в которой из-за недостатка питания начинаются отмирание и распад клеток, ведущие к снижению общего количества биомассы.

Вфазах IIиIII идет бурный рост биомассы и культура «омолаживается», в ней преобладают новые клетки, в фазе IV наблюдается равновесие между ростом живых и распадом отмерших клеток, а в фазе V наблюдается преобладание отмирания клеток над их ростом.

Основными различиями в схемах аэротенков и биофильтров, являются наличие перед биофильтром КНС или же крутого рельефа. В биофильтрах не требуется рециркуляция биомассы, а в аэротенках необходимо рециркулировать обратный ил. В схеме с аэротенками для улучшения качества очистки возможно добавление в первичный отстойник части избыточного активного ила в качестве сорбента. Биопленка после выгрузки из вторичного отстойника имеет Р = 96 %, а активный ил - Р = 99 %. Из этого следует, что при обработке осадка из вторичного отстойника в схеме с биофильтром не требуется илоуплотнитель.

Касательно вариантов конструктивного оформления процессов можно сказать, что основными конструкциями на сегодняшний день являются: биофильтры, где микрофлора прикреплена к загрузке (с прикрепленной загрузкой); аэротенки (с плавающей микрофлорой); биотенки; окситенки (вместо воздуха применяется технический кислород);

Регенерация- период времени для переработки загрязнений активным илом

Длительность пребывания ила в регенераторе значительно больше

длительности аэрации в собственно аэротенке, хотя суммарная длительность изъятия и окисления загрязнений остается той же, что и при реализации процесса по классической схеме. Однако концентрация ила в регенераторе в 2-2,5 раза выше, чем в собственно аэротенке, поскольку ил в неге направляется прямо из отстойных сооружений и без подачи сюда сточной жидкости. Это позволяет на 15-20% уменьшить суммарный объем аэраци-онных сооружений по сравнению с объемом при осуществлении процесса очистки только в аэротенке.

Требующийся объем регенераторов, выраженный в % от суммарного объема собственно аэротенков и регенераторов, получил название "процента регенерации".

8.Биологическая очистка сточных вод в аэробных условиях: закономерности и варианты технологического оформления процессов.

Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки сточных вод. Аэробный метод основан на использовании аэробных групп организмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура 20...40°С. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле или биопленке.

Для нормальной жизнедеятельность активного ила необходимо достаточное количество биогенных элементов — азота и фосфора. Потребности клеток в фосфоре относительное невелики, поэтому в условных реакциях фосфор не фигурирует. Считается, то при очистке городских сточных вод на каждые 100 частей загрязнений, описываемых величиной БПК, в среде должно быть 5 частей азота и 1 часть фосфора. Иными словами должно соблюдаться соотношение БПК:N:Р - 100:5:1.

Биологическая очистка сточных вод в аэробных условиях может осуществляться как в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации и биологические пруды), так и в специальных сооружениях (аэротенки, окситенки, биофильтры и др.).

Поля фильтрации состоят из карт, спланированных горизонтально или с небольшим уклоном и разделѐнных земляными оградительными валиками. Сточная вода распределяется по картам оросительной сетью; очищенная вода, профильтровавшаяся через слой почвы, отводится осушительной сетью. Для полей следует выбирать участки со спокойным рельефом местности. Естественный уклон на этих участках не должен превышать 0,02. Поля фильтрации рекомендуется располагать вниз по течению грунтовых вод от водозаборных сооружений. По контуру полей обычно высаживают иву и др. влаголюбивые деревья. Лучшими для устройства полей являются песчаные и супесчаные грунты. Во избежание быстрого заиливания пор грунта и прекращения доступа воздуха в почву, очищаемые сточные воды не должны иметь большого содержания жиров и масел, что достигается отстаиванием. Большое значение имеет концентрация сточной воды, характеризуемая БПК; чем больше БПК, тем меньше допустимая норма нагрузки. При определении требуемой площади полей фильтрации учитывают фильтрационную способность грунтов на территории полей и климатические условия районов их расположения.

Биологические пруды могут приниматься как самостоятельные сооружения биологической очистки, или для глубокой очистки ст. вод после соор-ний искусственной биол-кой очистки. Биол-кие пруды бывают с естественной и искусственной аэрацией, контактные, проточные, серийные (состоящие из каскада прудов).

Б.П.– мелкие котлованы глубиной от 0,5-1 м при естественной аэрации и до 3-4,5 м при искусственной. Располагают их на слабофильтрующих грунтах.

Форму биологических прудов в плане принимают в зависимости от вида аэрации сточных вод: прямоугольной (при пневматической и механической аэрации) и круглой (при планетарных аэраторах).

По характеру протекающих в Б.П. процессов они подразделяются на виды: аэробные, факультативные и анаэробные.

Аэробные Б.П. содержат кислород по всей глубине воды, которая составляет 0,3-0,45 м, что достигается за счѐт реаэрации и процессов фотосинтеза.

Факультативные – имеют глубину от 1,2 до 2,5, часто применяются при очистке ст. вод после механической и неполной биол-кой очистки. Верхний слой насыщен растворѐнным кислородом, а в нижнем происходит анаэробное разложение донных осадков.

Анаэробные – образование кислот и метановое брожение.

Общее снижение концентрации загрязнений по БПКполн может достигать 60-98%, а по в.в. 90-98%. Б.П. требуют создания широких санитарно-защитных зон (200м).

Вбиофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной плѐнкой. Благодаря этой плѐнке, служащей действующим началом, быстро протекают процессы биологического окисления.

Ваэротенках (огромных резервуарах из железобетона) очищающим началом служит активный ил из различных микроорганизмов. Их развитию способствуют органические вещества, поступающие со

сточными водами, а также искусственно создаваемый избыток кислорода. Ферменты, выделяемые микроорганизмами, минерализуют органические загрязнения.

После аэротенков требуется отделение активного ила от очищенной воды, что происходит в сооружениях илоотделения (вторичные отстойники, флотаторы).

9.Закономерности анаэробных процессов биохимического окисления, область их применения, особенности анаэробного активного ила. Сооружения для анаэробных процессов.

Анаэробное окисление имеет ряд отличий от аэробного. С одной стороны, оно протекает с малой интенсивностью и не обеспечивает глубокой деструкции, требует стабильных и благоприятных температурных условий, а с другой – обладает многими преимуществами. При анаэробном сбраживании прирост активного ила сравнительно со снижением БПК незначителен, происходит газификация органики с образованием биогаза, примерно на 2/3 состоящего из метана, отсутствуют жесткие ограничения в отношении концентрации загрязнений в обрабатываемой воде, на ход процесса мало влияют колебания качества и расходов воды. Анаэробное окисление оказывается эффективным при обезвреживании стоков, содержащих некоторые примеси, резистентные при аэробной очистке. Область применения анаэробного окисления – обработка высококонцентрированных сточных вод и осадков, содержащих органику. Известно, что этот метод применим для деструкции более 100 различных органических соединений.

Предварительная анаэробная очистка нередко повышает эффективность последующей аэробной. Так, например, удается очистить бытовые сточные воды от фосфора. Денитрификаторы, являющиеся факультативными микробами, в анаэробных условиях восстанавливают нитриты и нитраты. На этом основываются технологические схемы, сочетающие анаэробную (предварительную) и аэробную очистку городских сточных вод.

К сооружениям анаэробной очистки относятся метантенки, реакторы с иммобилизованным активным илом, иловые пруды и другие сооружения.

Метантенки

Метантенки – герметизированные реакторы-смесители, предназначенные как для очистки стоков или стабилизации осадков, так и для генерации метана, ценного газа с большой теплотворной способностью.

Метановое брожение включает две фазы: кислотную и щелочную (газификации). Обе фазы осуществляются параллельно и одновременно в одном объеме.

Продукты деструкции органики, получаемые в первой фазе, являются субстратом для микроорганизмов второй фазы.Состав промежуточных продуктов, образующихся при анаэробном сбраживании, зависит от состава исходных загрязнений.

Биоценоз анаэробного активного ила содержит до 1,5∙1010 кислотообразующих и до 107 метанообразующих микроорганизмов; в составе биоценоза не более 1 % аэробных микроорганизмов, а также инфузорий и грибов, которые попадают в метантенк вместе с очищаемой водой.

Весь ход сбраживания лимитируется возможностями и состоянием популяции метанообразующих бактерий, чрезвычайно чувствительных к температурным условиям и имеющих малую скорость роста.

Метанообразующие бактерии относятся к разным популяциям: термофилов и мезофилов. Оптимальные температуры воды для термофилов около +53 °С, а мезофилов +32 °С. Применяется также популяция термофилов, для которой оптимальной считается температура +65 °С (экстратермофилы). Даже небольшое отклонение температуры от оптимума существенно снижает скорость окисления.

То обстоятельство, что процессы, относящиеся к двум фазам сбраживания, совмещены во времени и осуществляются в одном объеме, не позволяют создать для них оптимальные условия.

Сравнение мезофильного и термофильного режимов сбраживания осадков показывает, что в термофильных условиях значительно интенсивнее и глубже происходит гидролиз твердого вещества, но образующийся анаэробный ил имеет очень большое удельное сопротивление и плохо обезвоживается. Процесс двухфазного термофильно-мезофильного сбраживания позволяет использовать преимущества этих двух режимов.

Исследования показали, что двухфазное сбраживание (экстратермофильное в течение 0,6–1,0 суток, а затем мезофильное в течение 10 суток) увеличивает распад беззольного вещества осадка сравнительно с мезофильным однофазовым в 1,2–1,6 раза. Установки для двухфазового сбраживания представляют собой

двухступенчатые метатенки разной вместимости с учетом продолжительностью процессов на каждом из двух этапов.

Считается, что очистка в метантенках целесообразна при значениях БПКполн от 6–10 до 20 г/л; установлена возможность ее применения при значениях ХПК до 75 – 100 кг/м3. В среднем, на 1 кг снятой ХПК выделяется 0,1–0,35 м3 метана, а прирост активного ила составляет 0,05–0,5 кг. Потребность в биогенных веществах определяется отношением ХПК: азот: фосфор, которое должно составлять 100 : 2 : 0,1, что значительно меньше, чем требуется при аэробной очистке.

Опыт показывает, что снижение БПК при анаэробной очистке концентрированных сточных вод в метантенках находится в пределах 75–90 %. Таким образом, БПК после очистки остается весьма значительным и почти всегда требуется доочистка.

Как отмечалось, предварительная анаэробная деструкция изменяет молекулярную структуру некоторых субстратов, превращая их в менее устойчивые по отношению к аэробному окислению вещества.

При исследовании процесса биохимической очистки по схеме «метантенк–аэротенк» сточных вод фабрик первичной обработки шерсти было установлено, что на этапе аэробного окисления скорость реакции увеличивается на 12–13 %, т.к. происходит соответствующее уменьшение коэффициента Михаэлиса.

Анаэробный активный ил, особенно после термофильного режима, имеет высокий иловый индекс и плохо отстаивается. Поэтому существует опасность вымывания ила из метантенка. Как известно, радикальной мерой против этого служит иммобилизация микробиальной массы.

Методы интенсификации работы метантенка:

-введение нескольких ступеней сбраживания в отдельных сооружениях; -промывка осадка перед сбраживанием;

-организация постоянной непрерывной подачи свежего и удаление сброженного осадка; -обогащение сброженного садка СО2; -стерилизация осадка, подаваемого на сбраживание; -добавление гормональных веществ; -стимуляция электрическим или э-м полем.

3.Аэротенки с регенераторами активного ила, которые применяются в технологической схеме, если

концентрация БПКполн в поступающей СВ превышает 150 мг/л. Конструктивно регенераторы не отличаются от аэротенков и могут устраиваться в виде отдельно стоящих сооружений или емкостей, выделяемых в объеме аэротенков.

1 рис. Аэротенк с регенерацией активного ила: 7’ – регенерированный АИ; 9’ – регенератор ила.

2 рис. Аэротенк-вытеснитель с 33% регенерацией: 1’ – канал сточной воды на биологическую очистку; 3’ – канал иловой смеси; 7’ –канал циркуляционного АИ

В зависимости от характера загрязнений СВ и условий реализации процесса для изъятия загрязнений из очищенной воды достаточно примерно 1,5-2 ч аэрации. Концентрация растворенного в жидкости кислорода поддерживается 0,5-2,0 мг/л. Скорость потребления кислорода в аэротенке больше, чем в регенераторе, поэтому интенсивность аэрации должна быть существенно выше.

Концентрация ила в регенераторе в 2-2,5 раза выше, чем в аэротенке, так как АИ в него направляется прямо из вторичных отстойников без подачи сточной жидкости, что позволяет на 15-20% уменьшить суммарный объем аэрационных сооружений.

Объем регенераторов, выраженный в % от суммарного объема аэротенков и регенераторов, называется процент регенерации. Типовые аэротенки разработаны в виде 2,3 и 4-коридорных, соответственно в них можно обеспечить 25, 33, 50, 66, 75% регенерации.

4.Аэротенки-смесители – обеспечивают относительное постоянство условий, в которых находится АИ. Главное преимущество – возможность сглаживать залповые или шоковые нагрузки на АИ в случае высоких концентраций загрязнений или наличия токсичных веществ в поступающей на очистку сточной воде за счет того, что поступающая порция сточной жидкости быстро распределяется в большом объеме аэротенка и во всех зонах аэротенка одинаковая смесь загрязнений.БПКполн до 1000мг/л при рН = 6-9

Аэротенк-смеситель с рассредоточенным подводом воды и ила вдоль сооружения.

5.Аэротенки с рассредоточенной подачей воды являются сооружениями, занимающими промежуточное положение между аэротенками-вытеснителями и аэротенками-смесителями. АИ подается сосредоточенно в торец головной части аэротенка, а сточная вода вводится в нескольких точках аэротенка вдоль продольной стены. Выпуск иловой смеси осуществляется в конце аэротенка, последняя точка ввода должна находиться на некотором расстоянии от выхода из аэротенка.