книги из ГПНТБ / Очистка промышленных сточных вод

Станции аэрации, на которых основным сооружением является аэротенк, имеют ряд преимуществ: небольшая площадь, занимаемая сооружениями, возможность рас­ положения очистных станций вблизи населенных пунк­ тов, так как они не нарушают санитарного состояния окружающей среды, возможность в известных преде­ лах управлять процессом биохимического окисления сточных вод. Основным недостатком таких станций являются высокие экспліуатационные расходы, так как подача воздуха требует большого количества электро­ энергии и обслуживания высококвалифицированным персоналом.

Для ввода новых очистных сооружений биохими­ ческой очистки в нормальную эксплуатацию необхо­ димо располагать определенным количеством актив­ ного ила. Существует несколько способов его выращи­ вания:

1. В аэротенке предварительно аэрируют бытовую сточную жидкость без протока с добавлением малых объемов промышленных сточных вод (Б П К п о л н смеси до 150 мг/л). Когда начнут образовываться небольшие количества хлопьев активного ила (через 2—3 оуток), можно включать проток. Затем надо постепенно увели­ чивать концентрацию добавляемой сточной воды. Дли­ тельность накопления необходимой биомассы активно­ го ила в летнее время может колебаться от 2—3 недель до 2 месяцев.

2. В случае малых объемов бытовых сточных вод ил, взятый со дна, расположенного неподалеку во­ доема, подвергают аэрации. Устанавливают наличие аммонийного азота и фосфора в жидкости (в случае их отсутствия добавляют питательные соли) и начинают постепенно.увеличивать концентрацию подаваемых про­ изводственных сточных вод.

3. Отмывают огородную землю. В жидкости, содер­ жащей большое количество микрофлоры в иловых ча­

220

стицах, в условиях аэрации начнет развиваться актив­ ный ил. Условия подачи промышленных сточных вод такие же, как указывалось выше.

4. Используют активный ил из сооружений биохими­ ческой очистки, например городских для очистки бытовых сточных вод, с предварительной регенерацией его. Последняя состоит в том, что ил аэрируют с доба­ влением лишь питательных солей; в это время окисля­ ются все загрязнения, адсорбированные илом. Затем начинают постепенно увеличивать подачу промышлен­ ных сточных вод.

5. Аэрируют подлежащую очистке сточную воду, разбавленную водой из водоема, без протока. В очищае­ мую воду необходимо добавлять питательные соли азо­ та (10—15 мг/л) и фосфора (2—3 мг/л). Примерно через две недели можно включать проток и начинать постепенно повышать концентрацию окисляемых сточ­ ных вод [78].

Для выращивания нужного количества активного ила используют часть сооружений — один аэротенк и один вторичный отстойник. Постепенно в них накапли­ вается ил, очищаемая сточная вода не загнивает, в ней появляются нитриты и нитраты, что свидетельствует о завершении процессов распада органических веществ. Тогда следует увеличивать количество подаваемой в аэротенк сточной воды, доводя его до проектной на­ грузки сооружения, или уменьшать разбавление воды. Когда работающий аэротенк и отстойник введены в нор­ мальный режим, вводят в эксплуатацию остальные соо­ ружения [77].

Производительность очистного сооружения (как аэ­ ротенка, так и биофильтра) зависит от скорости оки­ сления и времени пребывания сточной жидкости в нем.

Интенсивность работы сооружения определяется его окислительной мощностью ОМ. Окислительная мощ­ ность аэротенка или биофильтра при постоянном ВПК

221

где БПКполн. н, БПКполн. о — биологическое потребление кислорода соответственно исходных и очищенных сточных вод, кг/м3\ QcyT —суточный расход сточных вод, м3\ W — полезный объем аэротенка или объем загрузки био­

фильтра, м3.

Другим способом расчета окислительной способности

по сухому беззольному веществу, г!л.

Возраст ила, т. е. время пребывания его в аэротенке, зависит от соотношения между количеством возвратно­ го и избыточного ила: чем больше количество послед­ него, тем моложе активный ил в аэротенке. Более мо­ лодой ил обладает большей биохимической активностью,

чем старый.

Возраст ила Тж(в сутках) определяется по формуле

где Си.н — концентрация избыточного активного ила по

сухому беззольному веществу, г/л.

Расчет аэротенков различного типа приведен в рабо­

тах [20,21].

Вторичные отстойники предназначены для отделения активного ила от ило-водяной смеси, выходящей из аэ­ ротенков. Отстойники бывают вертикальные, горизон­

222

тальные и радиальные. Последние два типа используют­ ся обычно для станций большой производительности. Часть активного ила (не менее 30%) должна быть воз­ вращена из вторичного отстойника в аэротенк. Активный ил в отстойнике продолжает потреблять кислород; если кислорода будет недостаточно (менее 2 мг/л) для нор­ мальной жизнедеятельности микроорганизмов активно­ го ила, то создадутся анаэробные условия. Очень важно уменьшить время пребывания сточных вод во вторичных отстойниках, так как свойства активного ила могут рез­ ко ухудшиться от нахождения его в анаэробных усло­ виях — он может потерять часть своей активности.

Обычно применяются вертикальные круглые и ра­ диальные отстойники с илососами. Время пребывания промышленных сточных вод во вторичных отстойниках не должно превышать 2 ч. Наличие тріудноразрушаемых микроорганизмами соединений, например углево­ дородов, вызывает необходимость удлинения срока пребывания ила в отстойниках до 3—4 ч в связи с увеличенным выносом активного ила из отстойников под влиянием углеводородов, нарушающих плотность хлопьев ила.

Увеличение срока пребывания ила в отстойнике, как уже упоминалось, может ухудшить состояние ила. В та­ ких случаях можно рекомендовать двухступенчатое от­ стаивание. Активный ил из первой ступени вторичных отстойников, рассчитанной на продолжительность отста­ ивания 1,5 ч, возвращается в аэротенк, а из второй сту­ пени отстойников избыточный активный направляется в илоуплотнители.

Если на станциях биологической очистки имеются преаэраторы и биокоагуляторы, то половина избыточно­ го ила, не потерявшего активности, поступает в эти соо­ ружения, вторая половина — в илоуплотнители.

Влажность избыточного ила очень велика (до 99,6%). После илоуплотнителей, в качестве которых могут

223

использоваться вертикальные отстойники, влажность сни­ жается до 98%. Из илоуплотнителей активный ил на­ правляется на метантенки, где подвергается метаново­ му анаэробному брожению. Если избыточный активный ил сбраживается отдельно из-за отсутствия бытовых сточных вод, то этот процесс происходит очень медлен­ но. Сброженный активный ил обезвоживается на ваку­ ум-фильтрах или чаще — на иловых площадках. Фильт­ рование, естественное испарение с последующей терми­ ческой обработкой снижает содержание влаги до 25%

[20, 66].

Многоступенчатая очистка. В СССР и за рубежом многие исследователи рекомендуют концентрированные сточные воды очищать в две ступени. Снижение ВПК на первой ступени может производиться как в анаэ­ робных, так и в аэробных условиях. При окислении в аэробных условиях в аэротенках каждой ступени раз­ вивается активный ил, наиболее приспособленный к усло­ виям среды на этой ступени (pH, питанию, аэрации и т. д.). Аэротенк первой ступени обычно получает зна­ чительно большую нагрузку, чем второй, и снижение ВПК на первой ступени составляет 60—70%, а иногда и более от БПКполн очищаемой сточной воды (рис. 65). На каж­ дой ступени аэротенков обычно устраивается регенера­ тор активного ила.

Особенно целесообразна двухступенчатая очистка в тех случаях, когда сточные воды содержат много различных легко- и трудноразрушаемых веществ. При одноступенчатой очистке вместе с избыточным илом уда­ ляются микроорганизмы, вызывающие распад соедине­ ний, которые содержатся в сточных водах в малых кон­ центрациях. При двухступенчатой очистке на первой ступени разлагаются относительно легко окисляемые сое­ динения, а на второй — накапливаются микроорганиз­ мы, окисляющие трудноразрушаемые вещества, содер­ жащиеся в сточных водах в небольших концентрациях,

224

и в аэротенке второй ступени будет накапливаться ил, адаптировавшийся к разрушению этих веществ. Усло­ вия питания микроорганизмов ила становятся более благоприятными, так как они более постоянны.

Следовательно, основной особенностью двухступен­ чатой очистки является создание специализированного, адаптированного ила, обладающего высокой биохими­ ческой активностью.

Рис. 65. Схема двухступенчатого аэрационного соору­ жения:

/ «—аэротепк-смеситель; 2 — отстойник; 3 — аэротенк.

Двухступенчатая очистка рекомендуется для сточных вод химической промышленности, содержащих высокие концентрации органических загрязнений. В этом случае обеспечивается более стабильная работа сооружений при нарушениях режима, избыточный ил содержит меньше влаги, степень очистки возрастает на 10—15%, можно уменьшить количество подаваемого воздуха. Эф­ фективно также применение двухступенчатой очистки сточных вод, богатых органическими веществами, на­ пример в пищевой промышленности. При этом их не сле­ дует смешивать с бытовыми сточными водами. Степень очистки в таких условиях достигает 95—98%.

В Институте коллоидной химии и химии воды АН УССР была разработана установка для двухступенчатой

очистки сточных вод, которая в нижней части рабо- taeT как аэротенк, в верхней как аэрофильтр. Отвер­ стия для подачи сточной жидкости размещены ниже верхнего края загрузки, а разбавляющая вода с мине­ ральными солями подается сверху. Такая конструкция установки предотвращает поступление летучих веществ в воздух, что особенно важно при очистке сточных вод,

сточной воды иногда возникает необходимость после двухступенчатой биохимической очистки дополнительно очищать ее физико-химическими методами — адсорб­ цией, ионным обменом или химическими, например озонированием. Используют также микропроцеживание через сита с размером ячеек 40 мк. Однако иногда применяют третью ступень биологической очистки для удаления мелких взвешенных частиц, бактерий и солей азота и фосфора. Соли азота и фосфора содержатся в большом количестве, например, в сточных водах про­ изводств удобрений, инсектицидов, пищевой промыш­ ленности и др. Для удаления солей азота и фосфора используют биологические пруды. Можно использовать также сита из стекловолокна, на которых при медлен­ ном процеживании биологически очищенных сточных вод развиваются бактерии, простейшие и др. Эффект очистки от остаточных загрязнений на таких ситах может достигать 98—99%, снижение содержания солей фос­ фора — на 20 -4-30%.

Биофильтры. В биофильтрах, как и в аэротенках, происходит очистка сточных вод от органических загряз­ нений при помощи микроорганизмов. В отличие от аэро­ тенков, в биофильтрах окисление загрязнений стоков осуществляется организмами биопленки, растущей на пооерхности наполнителя, и окислительная мощность био­ фильтров ниже мощности аэротенков.

226

Биофильтры (рис. 66) представляют собой сооруже­ ния круглой формы из кирпича, бетона или железобетон­ ных колец; они заполнены фильтрующей загрузкой, на

Рис. 66. Поперечный разрез биофильтра:

/«распределительный бак; 2 — разделительная сеть; 5 —* тело загрузки; 4 ~ шатер; 5 отводящий лоток.

которой растет биопленка. В теле фильтра происходит распад веществ, загрязняющих сточные воды, и превра­ щение растворенных коллоидов в плотные осадки, в даль­ нейшем вымываемые из тела фильтра вместе с отторгае-

мой биопленкой, на которой могут быть адсорбированы трудноокисляемые соединения [105, 112, 158].

На очистку сточной жидкости на биофильтрах влияют биологические и гидравлические факторы. К биологиче­ ским факторам относятся БПК очищаемой сточной жид­ кости, скорость окисления органических загрязнений, интенсивность дыхания микроорганизмов, участвующих в окислении органических веществ, количество загрязне­ ний, адсорбируемых биопленкой, толщина биопленки, состав обитающих в ней микроорганизмов и т. д. Гидрав­ лическими факторами являются высота биофильтра, характеристика загрузки (размер кусков, поверхность, пористость ее), вязкость сточной жидкости, площадь биофильтра, гидравлическая нагрузка, представляющая собой количество сточной жидкости (и/3), подаваемой на 1 м2 поверхности биофильтра в сутки, и др. [112].

Биофильтры бывают высоконагружаемые и слабонагружаемые, так называемые капельные. Последние, хотя и обеспечивают полную очистку, но имеют низкую про­ изводительность. Высоконагружаемые не обеспечивают полную биологическую очистку.

Капельные биофильтры обычно имеют небольшую высоту (до 2 м), гидравлическая нагрузка их невелика (0,5—3,0 мг/мг-сут). Размер частиц загрузки — 3.1 —ь- 50 мм, опорный нижний слой ее высотой 20 см име­ ет большую крупность кусков — 60 -ь-100 мм.

При нормальной эксплуатации капельного биофиль­ тра достаточно естественной вентиляции. Воздух свобод­ но проходит в теле биофильтра вследствие разницы в температурах воды и воздуха. Если температура внешне­ го воздуха выше, чем сточной жидкости, тогда воздух движется вместе с жидкостью; если же выше температу­ ра жидкости, то воздух движется вверх [158]. Когда температурный перепад снижается до 2 град, естествен­ ная вентиляция прекращается. Эти биофильтры рекомен­ дуется использовать для очистки небольшого объема

228

сточных вод (до 1000 мъ/сут) при БПКполн не более 200 мг/л, а также отсутствии в них соединений, способ­ ствующих обильному росту биопленки. При среднего­ довой температуре воздуха до +3°С капельные био­ фильтры следует размещать в отапливаемых помещениях.

Высоконагружаемые биофильтры имеют высоту 2— 4 м. Отношение диаметра к высоте, как правило, боль­ ше единицы. Для равномерного распределения сточных вод по поверхности фильтра применяются различные устройства — подвижные и неподвижные. К подвижным распределительным устройствам относятся качающиеся желоба, вращающиеся реактивные оросители и др. Неподвижные устройства — это желоба и трубы с отвер­ стиями в стенках, располагаемые над поверхностью био­ фильтров. Чаще всего применяют спринклеры и враща­ ющиеся реактивные оросители. Целесообразно, чтобы период орошения биофильтра (время между двумя опо­

бывания жидкости в сооружении и тем ухудшает очистку.

По всей высоте биофильтр заполняется кусками за­ грузочного материала крупностью 4—6 см. Применять наполнитель крупностью менее 3,5 см нецелесообразно, так как работа биофильтра становится неустойчивой, ве­ роятно, вследствие возникновения анаэробных условий на отдельных участках биопленки [158]. Загрузочный материал биофильтра должен обладать устойчивостью к воздействию сточных вод, пористостью, достаточной прочностью и другими качествами. Необходимость ше­ роховатой поверхности связана с основной функцией за­ грузочного материала — удержанием биопленки, расту­

щей на нем.

Высоконагружаемые биофильтры вентилируются бо­ лее эффективно, чем капельные, так как применяется искусственная вентиляция. Количество подаваемого