книги из ГПНТБ / Очистка промышленных сточных вод

смесью, насыщенной растворенным кислородом. Очищае­ мая вода фильтруется через взвешенный слой активного ила, что обеспечивает высокий эффект задержания за­ грязнений. Удельный расход воздуха составляет 30 м3 на 1 кг снижения БПКб, объемная нагрузка— 6 кг БПК5 в сутки на 1 м3 объема сооружения [24, 25].

Во Франции, США, Канаде и других странах исполь­ зуются аэротенки полного смешения. Под таким назва­ нием известны аэротенки-смесители, в которых аэрация осуществляется механическим перемешивающим устрой­ ством при помощи аэраторов типа «Симплекс», дисковых и других, обеспечивающих интенсивное перемешивание жидкости во всем объеме аэротенка. Применяются они главным образом для очистки концентрированных сточ­ ных вод, БПК которых равняется 1,5 г/л и выше. На ра­ боту таких аэротенков не влияют значительные колебания

полного смешения с механическим аэратором [38]. Об­

лопастей — 1 2 , высота каждой из них 1 0 , длина — 1 2 см\ скорость вращения— 116 об/мин. Механический аэратор установлен над стабилизатором потока, улучшаю­ щим условия циркуляции смеси сточной воды и актив­ ного ила. Циркуляционный активный ил подавался в зону аэрации, под аэратор, через стабилизатор потока по тру­ бопроводу из конических приямков зоны отстаивания. Такая схема подачи обеспечивает подсос циркуляцион­ ного активного ила. При дозе активного ила 3 г/л полное выравнивание концентраций ила в зоне аэрации наблю­ далось при скоростях жидкости в придонной области

210

зоны аэрации 0,32—0,35 м/сек. Расход жидкости, перека­ чиваемой механическим аэратором, регулировался изме­ нением размеров входных окон в придонной части стаби­

лизатора потока.

При очистке смеси бытовых и промышленных сточ­

при увеличении Б П К п о л н очищенных стоков до 34 мг/л. Довольно высокие технико-экономические показатели этих сооружений позволили авторам [38] рекомендовать аэротенки полного смешения описанной конструкции для широкого практического применения. Конструкция, ре­ зультаты испытаний и методика расчета механических поверхностных аэраторов дискового типа, рекомендуе­ мых для аэротенков полного смешения, приведены в ра­

боте [39].

Метод очистки сточных вод контактной стабилиза­ цией заключается в том, что сточные воды подвергаются аэрации вместе с регенерированным активным илом в течение 30 мин — 2 ч. Затем ил отделяется от сточной воды во вторичных отстойниках и его направляют в реге­ нератор. В процессе регенерации ила достигается почти полная минерализация органических веществ, создается так называемый стабильный ил, микроорганизмы которо­ го находятся в фазе замедленного роста [8 ]. Время реге­ нерации меняется от 2 до 6 ч и определяется сроком кон­ такта ила со сточной водой, концентрацией активного ила, нагрузкой на сооружение и требуемой степенью очистки. Однако необходимо применять самый короткий период стабилизации активного ила, дающий достаточ­ ную его минерализацию, так как слишком длительная стабилизация ила снижает его окислительные свойства в отношении органических загрязнителей сточных вод. Наиболее короткий период стабилизации ила должен

211

сочетаться с его хорошим осаждением. Этот метод позво­ ляет уменьшить общий объем аэротенков, а эксплуата­ ционные расходы при этом не увеличиваются.

Способ контактной стабилизации был разработан в США и успешно испытан при очистке бытовых и произ­ водственных сточных вод целлюлозно-бумажной, тек­ стильной, консервной и других отраслей промышлен­ ности [8].

В США принят также метод Краусса — метод интен­ сификации очистки сточных вод активным илом, кото­ рый заключается в следующем. К части возвратного ак­ тивного ила добавляется перегнивший осадок и иловая жидкость из метантенков. Эта смесь аэрируется до прев­ ращения ее в хорошо оседающий и богатый нитратами активный ил, который вместе с оставшимся возвратным илом подается в аэротенк, работающий на полную очи­ стку. Указанные два ила смешивают для увеличения ве­ са активного ила, что ускоряет его осаждение, снижает иловой индекс и улучшает жизнедеятельность организмов активного ила. Описанный метод применяется для очист­ ки сточных вод, богатых органическими соединениями, для окисления которых вследствие высоких нагрузок не­ обходима двойная подача воздуха через диффузоры, на­ ходящиеся недалеко от поверхности жидкости в аэротен­ ке, и через трубчатые аэраторы, размещенные у его дна

[8 , 64].

При аэрации на 1 м3 очищенной сточной воды подача воздуха составляет несколько десятков метров кубиче­ ских. Воздух должен быть подан с таким расчетом, что­ бы обеспечить наибольший контакт его с водой и актив­ ным илом. Чем контакт полнее, тем эффективнее очистка.

Существуют два способа аэрации сточной воды в аэротенках — механический и пневматический (рис. 62). Механическую аэрацию осуществляют при помощи раз­ личных опущенных в воду вращающихся приспособлений, например щеток, дисков, лопастей и мешалок. При пнев-

212

мэтическом способе аэрации сжатый воздух подается путем продувания его через диффузоры: пористые ке­ рамические плиты (фильтросы) и трубы различного диаметра. В зависимости от величины пор различают три вида аэрирования: мелкопузырчатое (размер пузырь­ ков колеблется в пределах 1—4 мм, диаметр пор в

Рис. 62. Схемы аэраторов:

10 мм) [64].

При мелкопузырчатой аэрации сжатый воздух по­ дается через фильтросы, расположенные в дне аэро­ тенка, пористые трубы и различные насадки (грибовид­ ные, дисковидные и др.), помещенные у дна аэротенка. Чем мельче диспергирован воздух, тем больше контакт воздуха с водой и полнее используется находящийся в нем кислород, однако менее интенсивно перемешивают­ ся сточные воды в аэротенке. Недостатком способа является то, что мелкие поры легко засоряются преи­ мущественно загрязнениями подаваемого воздуха, а также солями железа, карбонатами, мелким пес­ ком [123]. В результате уменьшения количества и пропускной способности пор они оказывают растущее

213

сопротивление проходящему воздуху. Это вызывает не­ обходимость подачи воздуха под увеличивающимся давлением [37], что приводит к поломке аэраторов. Кро­ ме того, при этом способе аэрации создаются затруд­ нения в эксплуатации, состоящие в том, что при выклю­ чении аэрации активный ил всасывается в пористые плиты. Поэтому рекомендуется использовать фильтросы при очистке сточных вод, не содержащих больших ко­ личеств взвешенных веществ. При описанном способе аэрации необходимо уделять большое внимание пра­ вильной эксплуатации аэротенков.

В СССР наиболее принята аэрация путем подачи воздуха через керамические фильтросные пластины размером 300 X 300 X 40 мм. Величина пор в них колеблется от 30 до 300 мк [38]. Пузырьки воздуха среднего размера возникают при продувании его через расположенные горизонтально на дне аэротенков по­ ристые трубы и трубы с прорезями. Диаметр отвер­ стий— 3-г-4лш. На практике установлено, что эти тру­ бы засоряются солями железа, что снижает подачу воз­ духа. За рубежом этот вид аэрации имеет большое распространение.

Пузырьки среднего размера создаются при исполь­ зовании шведского способа низконапорной аэрации Инка, который в настоящее время широко использует­ ся во Франции, Англии, Италии и других странах. Воз­ дух подается низконапорными воздуходувками через трубопроводы в дырчатые трубы, расположенные ни­ же поверхности воды на 80 см. Диаметр отверстий в этих трубах составляет 2,5—10 мм.

При аэрации крупными пузырьками труба, подаю­ щая воздух, проходит по продольной оси аэротенка. Вниз от нее отходят трубы диаметром до 100 мм, не до­ ходя до дна на 50—60 см\ их располагают на расстоя­ нии 1 м одну от другой. Преимуществом способа являет­

214

ся отсутствие засорения труб. Способ используют во Франции и ФРГ [8 ].

К числу наиболее распространенных механических аэрирующих устройств относятся щетки Кесснера (см. рис. 62). Их используют в Нидерландах, Англии,

собе аэрации необходимы направляющие щиты или пере­ городки, особенно расположенные ниже щеток [123].

Система поверхностной аэрации Симплекс (рис. 63) состоит из широкой, вертикально расположенной в аэротенке, трубы, в верхней части которой горизонтально размещено мощное разбрызгивающее устройство — вращающийся конус с лопастями. Это устройство раз­ брызгивает сточную воду и активный ил по поверхно­ сти воды и такое же количество воды и ила всасы­ вает со дна аэротенка. Система аэрации Симплекс надежна в эксплуатации; она широко используется в Англии.

215

Турбинные аэраторы, предложенные за рубежом, уве­ личивают в 3—4 раза использование кислорода по срав­ нению с пористыми плитами и трубами. Было испытано также поверхностное аэрирование с одновременной по­ дачей сжатого воздуха в качестве дополнительного меро­ приятия. В этом случае для поверхностной аэрации целе­ сообразно использовать турбинные аэраторы.

В настоящее время за рубежом находит широкое при­ менение кислород вместо воздуха при пневматической аэрации аэротенков. Это позволяет интенсифицировать процесс биохимической очистки, повысив процент исполь­ зования кислорода до 90% [152], обычно он менее 8— 9%. В. Н. Швецов отмечает, что применение кислорода рентабельно только при почти полном его использовании

[107].

В настоящее время аэрация кислородом успешно ис­ пытана при очистке бытовых сточных вод, сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности, искусственных омесей органических веществ и др. Этот способ аэрации, конечно, удорожает процесс очистки. Однако в некоторых производствах образуется кислород как побочный про­ дукт, не используемый в производственных целях, напри­ мер в азотной промышленности. Тогда аэрация сточных вод кислородом становится рентабельной. При пневмати­ ческой аэрации кислород должен подаваться в гермети­ чески закрытый аэротенк, иначе он быстро смешивается с воздухом и концентрация его в аэрируемой смеси снижается.

Применение кислорода вызывает значительное увели­ чение количества активного ила в аэротенке (с 3 до 6 г/л). Интенсификация очистки с применением кислоро­ да обусловливается в значительной мере высоким качест­ вом активного ила. Аэрация кислородом не требует ин­ тенсивного движения очищаемой жидкости, поэтому образующийся ил отличается крупными плотными хло­ пьями, легко флокіулирует, быстро оседает. При этом

216

улучшается состав бактериальных популяций, так как подавляется рост облигатных и факультативных анаэ­ робов, это ускоряет время обработки сточных и фа­ культативных анаэробов, это ускоряет время обработ­ ки сточных вод [143]. Кроме того, при большой концен­ трации кислорода не развиваются нитчатые формы бактерий, что предотвращает образование вспухающе­ го ила. Ил имеет разнообразный состав простейших и вынослив к повышенным нагрузкам. Концентрация растворенного кислорода достигает 4— 8 мг/л [73, 153].

Эффективность аэрации воздухом ограничивается практически достижимой низкой концентрацией кисло­ рода в аэрируемой смеси (1—2 мг/л). Чтобы достичь не­ обходимого контакта газа и жидкости, нужно сильнее перемешивать сточные воды; такое активное движение разбивает хлопья ила, который затем плохо оседает [153].

По данным В. Е. Бадда и Г. Ф. Ламбеса [116], при содержании активного ила 1 0 г/л биохимическое оки­ сление загрязнений ускорялось в 1,3—2 раза, а эксплу­ атационные расходы не увеличивались. В других рабо­ тах указывается на снижение эксплуатационных затрат при использовании кислорода вместо воздуха на 40— 50% [113], а капитальных затрат — на 15—20% [152].

Экономия достигается вследствие возможности умень­ шения размеров очистных сооружений за счет увеличения их производительности, а также снижения количества подаваемого газа по сравнению с подачей воздуха. В связи с сокращением времени аэрации с 6 до 2 ч уменьшается расход кислорода и электроэнергии.

Для эффективного применения кислорода была разработана новая конструкция аэротенка — окситенк, который был апробирован в полупроизводственных условиях на сточных водах Щекинского химического комбината. Окситенк герметичен, представляет собой резервуар, снабженный аэратором и совмещенный с илоотделителем. Активный ил в аэрационной колонне

217

насыщается кислородом и перемешивается мешалкой. Кислород или воздух поднимается снизу вверх, а сточ­ ная вода подается сверху и сбоку. Очищенная вода по­ ступает в отстойник. Окислительная мощность его до­ стигает 5— 1 0 кг БПК на 1 м3 в сутки, т. е. в 3—4 раза превосходит мощности имеющихся на комбинате обыч­ ных аэротенков [Ш ].

Противоточный аэротенк — это также недавно раз­ работанное и опробованное сооружение. По мнению многих исследователей, целесообразно применять аэра­ цию кислородом или. воздухом, обогащенным кисло­ родом, только в противоточном аэротенке. Принцип его действия состоит в том, что очищаемая им жидкость, подаваемая по принципу аэротенка-смесителя, рас­ средоточено движется сверху вниз, а ей навстречу снизу вверх поступает кислород. Это обеспечивает равномерное протекание процессов разрушения загряз­ нений вследствие тщательного перемешивания кисло­ рода и сточной жидкости. Установлено, что при проти­ вотоке контакт сточной жидкости составляет 40, а при прямотоке — 8 сек, т. е. длительность контакта в 5 раз больше [72].

Очистка промышленных и бытовых сточных вод осу­ ществляется на станциях аэрации (рис. 64). Примером успешной совместной очистки промышленных и бытовых сточных вод может служить комплекс сооружений био­ химической очистки Северо-Донецкого химического комбината, где очищаются сточные воды 27 химических производств. Он рассчитан на очистку 8 6 тыс. м3 в сут­ ки сточных вод. На сооружения подается 76 тыс. м3 в сутки сточных вод, в том числе 2 2 тыс. м3, содержащих химические загрязнения.

Этапы очистки в этом комплексе таковы:

1 ) механическая очистка хозяйственно-бытовых сточных вод (механические решетки, песколовки, первич­ ные отстойники);

218

2 ) механическая очистка промышленных сточных вод (усреднители, первичные отстойники, смеситель бы­ товых и промышленных вод);

3 ) биологическая очистка (аэротенки-смесители, аэ­ ротенки-регенераторы, вторичные отстойники, насосная станция циркуляции ила, воздушно-компрессорная станция);

Сжатый доздух

4)биологическая обработка осадка (метантенки, ко­

тельная, газольдеры, иловые и песчаные площадки), В состав комплекса входит также станция, поста­ вляющая недостающие для биохимической очистки пи­

тательные соли калия, азота, фосфора и др.

Очищенные сточные воды направляются в буферные пруды, где находятся в течение 3 суток. В них хорошо растет и развивается рыба. Вода из прудов возвращает­ ся в циклы оборотного водоснабжения комбината. Очи­ стка промышленных и бытовых сточных вод достигает 97—98%. Стоимость очистки 1 мг сточной воды — 5 коп. [61].

219