книги из ГПНТБ / Очистка промышленных сточных вод

донное пространство.

Высоконагружаемые фильтры очищают в 10—15 раз больший объем сточных вод, чем капельные, при ВПК не более 300 мгіл. Гидравлическая нагрузка достигает Ю—30 м3/м2-сут. Высокая нагрузка интенсифицирует процесс очистки, в частности, вынос отмершей биоплен­ ки. Использование кислорода в биофильтрах составляет 7—8%. При более высокой степени использования кис­ лорода уменьшается окислительная мощность биофиль­ тра и появляется вынос неоседающего ила.

Институт ВОДГЕО после опытной проверки реко­ мендовал использовать для загрузки биофильтров из­ вестняк, кварцитный щебень или кокс [29]. Успешно применяют в качестве загрузки также керамзит.

В последнее время большое внимание уделяется за­ грузочным материалам для биофильтров. Ряд исследо­ вателей рекомендует загрузку в виде рифленых лист­ ков, сваренных трубчатых секций из поливинилхлорида, полистирола, полиэтилена, а также в виде шаров, кубов и колец из пенопласта, полиуретана, полистирола и т. д. Такая загрузка имеет ряд преимуществ по сравнению с гравием, коксом и другими: она легче, что позво­ ляет увеличить высоту биофильтра, а также гидрав­ лическую нагрузку, устойчива к влиянию кислот, ще­ лочей и пр. [11]. В настоящее время в нашей стране в качестве загрузки биофильтров успешно применяют пе­

ностекло.

Самыми важными участками биофильтра являются пространства между кусками заполнителя. Они занима­ ют 35_40% объема фильтра. Здесь осуществляется наи­ более тесный контакт между микроорганизмами биопленки, сточной водой и воздухом, необходимый для их взаимодействия в процессе очистки воды. Для бытовых

230

сточных вод в высоконагружаемом биофильтре время контакта сточной жидкости с пленкой составляет 10— 30 мин [158]. Оно зависит от состава сточной воды, ее концентрации и других условий.

Оптимальными условиями работы биофильтров яв­ ляются: удаление взвешенных веществ до поступления сточных вод на фильтры (предельная концентрация — 100 мг/л), хорошая вентиляция тела биофильтра, необ­ ходимое количество калия, азота и фосфора, pH в таких же пределах, как и в аэротенках (7,0—8,0), температу­ ра + 18—25° С, содержание нефтепродуктов не более 25—30 мг(л. Следует отметить, что биофильтр может ра­ ботать, но менее эффективно, при температуре не ниже + 6 и не выше +30° С, а также в более широких преде­

лах колебания pH.

Режим работы биофильтров не может быть единым для различных сточных вод, он должен соответствовать требованиям, предъявляемым к очистке сточных вод данного производства и завиоит от их состава, требуе­ мой степени очистки, климатических и других условий. При очистке концентрированных сточных вод в качестве разбавляющей воды полезно использовать очищенную на этом же сооружении воду.

Биофильтры имеют много трудноустранимых недо­ статков. Так, окислительная мощность обычных био­ фильтров быстро снижается, они заиливаются, в процес­ се работы возникают неприятные запахи и разводится муха психода в большом количестве. Ее личинки разрых­ ляют пленку биофильтра и вызывают чрезмерный вы­ нос пленки, что чаще наблюдается при малотоксичных сточных водах. Для борьбы с психодой обычно био­ фильтр обрабатывают различными инсектицидами, что связано с трудностями.

Несовершенство биофильтров заставило конструкто­ ров и технологов разработать различные конструкции их: с рециркуляцией очищенной жидкости, двухступен­

чатые с перемещающейся фильтрацией, двухступенча­ тые с рециркуляцией, дисковые погруженные, наклонные вращающиеся [155] и др. Их применяют для совместной очистки бытовых и промышленных сточных вод или сточных вод пищевой промышленности [10].

В начале пятидесятых годов этого столетия в ГДР была разработана конструкция сооружения биологиче­ ской очистки — башенный биофильтр. Он представляет собой колонну из кирпича или железобетона, наполнен­ ную пористым материалом, на котором развивается биологическая пленка. Диаметр кусков наполнителя фильтра равен 10— 12 см по всей высоте колонны. Со­ отношение диаметра башни к высоте составляет 1 : 6; 1 : 8; аэрация естественная. Однако в процессе эксплуа­ тации башенных биофильтров был выявлен ряд суще­ ственных дефектов, одним из которых явилась необхо­

выше обычных. Кроме того, они подвергаются сильному влиянию метеорологических факторов — перегреванию летом и охлаждению зимой. В связи с этим в настоящее время биофильтры такой конструкции в ГДР не приме­

няются.

Концентрация очищаемой сточной жидкости, подава­ емой на биофильтр, не должна превышать 500 мг/л по БПКполн. Однако К. Л. Шульце [160] высказывает мне­ ние, что ее можно повыоить до 800 мг/л. Более высокие концентрации очищаемых на биофильтрах сточных вод вызывают чрезмерное разрастание биопленки, что за­ трудняет прохождение воздуха и сточных вод, а также нарушает биохимическую очистку. Однако на основании опытных данных, Ц. И. Роговская при изучении рас­ пада ацетальдегида на биофильтре установила опти­ мальный режим, работы, при котором подавалась сточ­ ная жидкость, имевшая концентрацию испытуемого вещества 1000 мг/л, при этом нагрузка составляла

232

0,5 объема сточной воды на объем загрузки биофиль­ тра [79].

В последнее время в Советском Союзе и за рубежом отдается предпочтение аэротенкам перед биофильтрами [150]. Особенностью биофильтров является то, что после пуска в эксплуатацию регулировать их работу можно только изменением количества подаваемой сточной во­ ды. Это требует тщательной подготовки сооружения к пуску [158]. Пуск биофильтра в эксплуатацию целесооб­ разнее начинать веоной, а не осенью, так как наращива­ ние пленки в теплое время года будет происходить ак­ тивнее, чем в холодное; кроме того, сооружение зимой работает хуже, чем летом.

Пуск нового биофильтра начинается с наращивания биопленки. Для этого следует орошать наполнитель не­ большим количеством ила или биопленки в течение 2 су­ ток. Затем начинают подавать бытовую сточную жид­ кость, разбавленную до 80—100 мг/л (по Б П К п0Лн ). Если возникнут трудности в получении ила и биопленки, то можно сразу подавать разведенные бытовые сточные воды. Когда появятся хотя бы незначительные биообра­ стания на наполнителе фильтра, следует добавлять к бытовым сточным водам производственные воды малой концентрации. Нагрузка не должна превышать 0,5 м3 подаваемой жидкости на 1 м3 наполнителя биофильтра. Если очистка разбавленных вод происходит успешно, можно постепенно увеличивать концентрацию сточной воды и повышать нагрузку [78]. Если же добавлять сточ­ ные воды быстро, не добившись адаптации биопленки к очищаемой воде, можно погубить молодую пленку и ра­ боту надо будет начинать сначала, особенно при наличии сильно токсичных сточных вод. Рост пленки и ее адап­ тация к сточной воде различны в зависимости от со­ става последней, температуры и др. Сроки адаптации биопленки к малотоксичной сточной жидкости колеблют­ ся от 2 до 4 недель; адаптация к очень токсичным водам

233

требует более длительного времени, достигая в отдель­ ных случаях 2—3 месяцев [77].

Биологические пруды. В биологических окислитель­ ных прудах протекают следующие процессы: распад органических загрязнений и их использование бактерия­ ми, водными растениями и животными, синтез органи­ ческих веществ из неорганических соединений, накопле­ ние микроэлементов в клетках водорослей и бактерий.

Пруды, или лагуны, используются для очистки малых количеств бытовых сточных вод, накапливающихся в небольших населенных пунктах, а также сточных вод про­ изводств малой и средней мощности [9]. Этот метод бо­ лее экономичен, чем очистка на дорогостоящих сооруже­ ниях (аэротенках, биофильтрах и др.). Пруды исполь­ зуются для очистки сточных вод во многих странах, особенно широко они распространены в США.

Использование прудов резко возросло в последнее время для очистки сточных вод пищевых производств (сахарных, консервных, мясокомбинатов, боен и др.) [10] химических, нефтеперерабатывающих, целлюлознобумажных, а также промышленных сточных вод совме­ стно с бытовыми. Пруды применяются также для пред­ варительной очистки сточных вод перед аэротенками [57] и, гораздо чаще, для доочистки их перед сбросом в водоем.

Биологические пруды бывают единичные и многока­ мерные (3—8 прудов и более), аэробные, работающие с

прудов и др.

Различают неоколько систем окислительных прудов: простейший вид их характеризуется непрерывным дей­ ствием и аэрацией при помощи специального вращаю­ щегося вала. Ил, накапливающийся на дне, периодиче­ ски удаляют. В других системах активный ил отводят вместе со сточными водами в сточную канаву. В случае

234

возникновения в последней анаэробных условий актив­ ный ил отделяют от очищенной сточной воды в отстой­ никах. Имеется еще одна разновидность прудов. В пру­ де устраивают эмшеры с переливами, таким образом в нем нее создают условия для осаждения активного ила, откуда его удаляют по мере надобности. Встречаются также пруды с меняющимся уровнем. Они имеют авто­ матическое управление. Здесь процесс идет в два этапа: осаждение и аэрация. В период аэрации сточные воды подаются в пруд. Уровень воды поднимается, вода аэри­ руется при помощи вала. При остановке аэрирующего вала ил оседает и осветленная вода отводится из пруда.

Если при бытовых сточных водах чаще всего использіуют пруды глубиной 30—80 см, то очистка производ­ ственных сточных вод часто осуществляется в глубоких прудах (1,2—4 м). Большое значение имеет длитель­ ность пребывания сточной воды в прудах. В единичных прудах она колеблется от нескольких дней (не менее 2—3) до месяца, а в системе прудов — 60 дней и более. До­ стигаемая степень очистки в прудах 50—80%.

Работа биологических прудов в основном определяет­ ся следующими условиями: температурой, освещенно­ стью солнцем, нагрузкой по БПК, размерами и формой прудов, перемешиванием и связанным с ним содержа­ нием кислорода, а также развитием фитопланктона, который насыщает кислородом толщу воды пруда и является одним из важнейших факторов, участвующих в самоочищении прудов, особенно мелководных. Имеет также значение величина pH.

В глубоких прудах с длительным пребыванием сточ­ ных вод процессы самоочищения определяются другими показателями. Содержание кислорода в воде таких пру­ дов меняется по слоям в зависимости от глубины, боль­ шое значение имеет осаждение взвешенных веществ, образование ила на дне и т. д. Для интенсификации очистки промышленных сточных вод в прудах применяют

235

многократную рециркуляцию, искусственное аэрирование, добавляют соли азота и фосфора, активный ил. Наибо­ лее эффективно искусственное аэрирование с помощью разнообразных устройств: вращающихся валов, аэрато­ ров Кесснера, подвижных аэраторов, которые забирают воду ниже поверхности пруда и разбрызгивают ее в воздухе, а также подвижных аэраторов, которые заса­ сывают воздух вглубь очищаемой воды в прудах [41].

Несомненно, очистка сточных вод в прудах в зимних условиях менее эффективна, чем в летних. Н. Ф. Федо­ ров и С. М. Шифрин рекомендуют ограничивать период работы прудов в средней части СССР 4—5, а на юге —

7—9 месяцами [105].

При очистке, например, в прудах фенольных сточных вод были получены хорошие результаты: содержание ле­ тучих фенолов снижено па 99,9%, всех фенолов — на 99,2%. Концентрация загрязнений в целом снизилась на 91—95%. Одновременно распадались цианистые соеди­ нения и окислялись соединения серы [9].

На Саратовском нефтеперерабатывающем заводе после прудов-отстойников концентрация нефтепродук­ тов снижалась на 92—96% [18]. Эффективно снижалось количество остаточных загрязнений после биологической очистки теплых сточных вод нефтеперерабатывающего Новоярославского завода в буферном трехсекционном

том. Результаты очистки в зимний и летний периоды года мало отличались.

При наличии теплых сточных вод пруд может очи­ щать стоки круглый год. Кроме того, буферный пруд мо­ жет предотвратить попадание загрязнений в водоем в случае аварии на очистных сооружениях или залповых сбросов сточных вод.

На Северодонецком химическом комбинате после комплекса мероприятий по очистке химическими и

236

биохимическими методами очищенная сточная вода посту­ пала для доочистки в двухступенчатые буферные пруды, которые были заселены мальками зеркального карпа и другими видами рыб. Рыбы (успешно росли и развива­ лись, что указывало на вполне удовлетворительную очи­ стку сточных вод, содержащих до обработки сильно ток­ сические вещества (рыбы очень чувствительны к загряз­ нениям). Вода после пребывания в прудах поступала в циклы оборотного водоснабжения комбината [61].

Разновидностью обезвреживания сточных вод в пру­ дах является очистка их с помощью водорослей, которые интенсифицируют процесс распада органических загряз­ нений. Для этой цели чаще всего применяют хлореллу, а также ее совместно со сценедесмус, анкистродесмус и др. В очистке принимают участие и бактерии.

Хлорелла относится к одноклеточным зеленым планк­ тонным водорослям; отдельная клетка ее имеет круг­ лую или овальную форму, оболочка гладкая, иногда покрытая слизью. Она является неподвижной водорос­ лью, имеет несколько видов, в зависимости от вида диа­ метр ее колеблется от_2 до 10,5 мм [46]. Хлорелла ши­ роко распространена в природё. Местами ее обитания являются водоемы, увлажненная почва и многие пред­ меты на поверхности земли (деревья, камни и др.), ко­ торые под влиянием роста на них хлореллы покрывают­ ся ярко-зеленым налетом. Эта водоросль способна жить и размножаться в сильно загрязненных органическими веществами водах [46].

В настоящее время хлорелла используется для очи­ стки в прудах производственных сточных вод главным образом пищевой промышленности: крахмальной, сахар­ ной, пивоваренной и д р .[ 1 0 ].

В последние годы успешно проведены полупроизводственные испытания очистки хлореллой сточных вод, со­ держащих капролактам, на комбинате искусственных и синтетических волокон ,[67]. Этот способ очистки очень

238