Реагентная обработка сточных вод. Распространенный метод очистки сточных вод — реагентная обработка сточных вод. Цели применения реагентов — химическое взаимодействие реагента с загрязняющими веществами с получением нерастворимых соединений (например удаление фосфатов), а также улучшение сорбционных процессов и седиментационных свойств удаляемых взвешенных веществ. Информация о задачах применения реагентной обработки для промышленных сточных вод представлена в п. 9.2.

Известно, что применение одной лишь реагентной очистки сточных вод не позволяет обеспечить современные требования к качествуни производственных, ни хозяйственно-бытовых сточных вод, подлежащих сбросу в водный объект. Поэтому в технологических схемах очистки сточных вод реагентную очистку сочетают с биологической. Важно отметить, что в качестве реагентов, как правило, используются соли трехвалентных металлов, а именно: соли железа (тяжелого металла) и алюминия. Поэтому существуют опасность токсичного воздействияна активный ил и угроза вторичного загрязнения очищенной сточнойводы при наличии остаточных концентраций алюминия или железа. Следовательно, технологические схемы, в которых необходимо применение реагентов, должны работать с такими технологическими параметрами, при которых исключено проявление токсичного действия на биологический процесс очистки.

9.4.2. Сооружения биологической очистки сточных вод

Биологическая очистка сточных вод в искусственно созданных условиях реализуется в большинстве случаев в специально созданных емкостных сооружениях: аэротенках и биофильтрах.

Аэротенки. Аэротенки представляют собой открытые резервуары, через которые медленно протекает подвергающаяся аэрации смесь сточных вод с активным илом. Эффект биологической очистки сточных вод обеспечивается постоянным перемешиванием и непрерывной аэрацией смеси сточных вод с активным илом на всем протяжении аэротенка.

Аэротенки выполняют в виде сборных железобетонных емкостей, воздух подается, как правило, воздуходувками. Они оборудуются системами подачи и отвода сточных вод и системой подачи и диспергирования воздуха. Поскольку для аэротенков необходимо соблюдать определенные технологические параметры (время очистки и скорость протекания иловой смеси по сооружению), их устраивают в форме коридоров. Обычно это 2–4-коридорные аэротенки.

Биофильтры. Биофильтр — очистное сооружение биологической очистки, заполненное загрузочным материалом,через который фильтруется сточная вода. На поверхности загрузочного материала развивается биологическая пленка, состоящая преимущественно из прикрепленных форм аэробных микроорганизмов.

К настоящему времени разработаны разнообразные конструктивные решения этого сооружения, которые можно систематизировать по количеству ступеней очистки (одноступенчатые, двухступенчатые), способу подачи воздуха (с естественной вентиляцией и искусственной подачей воздуха), системе напуска сточной воды на поверхность биофильтра (капельные, высоконагружаемые с реактивными оросителями), характеру загрузочного материала (объемная (зернистая) и плоскостная загрузка).

Сегодня интерес к биофильтрам возрастает в связи с необходимостью и возможностью обеспечения современных требований к качеству очищенных сточных вод за счет реконструкции систем подачи воды и воздуха, например затопленные биофильтры — биореакторы и др.

Кроме того,разработаны новые конструкции сооружений с биопленкой: дисковые, шнековые, барабанные, трубчатые. В этих сооружениях вращающиеся диски, барабаны, шнеки или другие элементы, покрытые биопленкой, частично погружены в сточную воду и при вращении их части попеременно находятся в воде или на воздухе.

31

Вторичные отстойники. Для отделения активного ила или биопленки, поступающих из аэротенков и биофильтров, может быть использован ряд сооружений или технических приемов. Наиболее распространены вторичные отстойники, работа которых основана на гравитационном разделении активного ила и биологически очищенной воды. Возможно применение флотационного разделения активного ила, в результате которого активный ил поднимается на поверхность сооружения — флотатора, подается в аэротенк, и отделяется избыточный ил. При использовании флотации повышается эффективность биологической очистки из-за большого количества кислорода, участвующего в флотационном процессе. Технологически перспективным представляется использование мембранной технологии взамен вторичных отстойников, хотя из-за сложности эксплуатации такого комплекса в связи с обрастанием мембран широкое распространение технологии находится под вопросом.

9.4.3.Технологические схемы биологической очистки сточных вод

Кнастоящему времени разработано большое количество вариантов технологических схем биологической очистки сточных вод. Они специализированы для очистки сточных вод, отличающихся составом и концентрацией загрязняющих веществ, а также целевой задачей очистки воды — удалением органических соединений, удалением соединений азота и (или) фосфора.

Базовый (классический) вариант технологической схемы очистки хозяйственно-бытовых сточных вод. Сточная вода поступает в железобетонный бассейн, сюда же подводитсяактивный ил, отделенный во вторичном отстойнике, и воздух от воздуходувки, который в емкости диспергируется аэраторами. В течение определенного времени процесс изъятия органических веществ завершается. Иловая смесь направляется во вторичный отстойник для разделения на биологически очищенную сточную воду и активный ил. Последний после пребывания в зоне уплотнения вторичного отстойника принудительно возвращается в аэротенк. Особенности аэротенка-вытеснителя: вытеснение более ранней порции сточных вод с активным илом более поздней порцией. Нагрузка загрязняющих веществ на активный ил снижается от максимального на входе до нулевого значения на выходе из аэротенка.Потребность активного ила в кислороде уменьшается в несколько раз на выходе по сравнению с входом. Изымаемые загрязнения проходят полный цикл метаболических превращений в одном сооружении.

Поскольку процессы сорбции и окисления органических веществ сточных вод идут последовательно и с различной скоростью, разработаны технологии биологической очистки с разделением этапов сорбции загрязняющих веществ активным илом (собственно удаление органических веществ из сточной воды) и этапа окисления активным илом сорбированных загрязняющих веществ в регенераторах, что позволяет уменьшить общий объем аэротенков. Этот принцип организации биологической очистки наиболее распространен в практике проектирования и строительства очистных сооружений.

Конструктивно аэротенки выполняются в виде 2–4-коридорных емкостей с выделением 25–75 % объема сооружения для зоны регенерации. Рециркуляция ила осуществляется насосами либо эрлифтами. Для диспергирования воздуха в аэротенке применяются мелкопузырчатые аэраторы разных конструкций.

Расчет сооружений биологической очистки сводится к определению необходимого времени аэрации и регенерации (что определяет объемы сооружений) и вычислению требующегося количества воздуха, обеспечивающего процесс окисления органических соединений и поддержание биомассы активного ила во взвешенном состоянии. Расчетная концентрация растворенного кислорода не ниже 2 мг/л. Подача воздуха осуществляется воздуходувками.

32

Технология биологической очистки периодического действия. Биологическая очистка по технологии SBR — биологический процесс очистки сточных вод, все стадии которого проводятся в одном сооружении. В цикл входят поочередное заполнение реактора, обработка сточной воды, отстаивание и опорожнение реактора. Конструктивно реактор SBR представляет собой емкость, оборудованную необходимыми коммуникациями и механизмами аэраторами и перемешивающими устройствами, работа которых автоматизирована. Для обеспечения беспрерывности приема сточных вод поочередно используются несколько таких емкостей.

Преимущества реакторов типа SBR: достигаемое высокое качество очистки, доступность контроля технологических процессов, возможность работы с количественно и качественно изменяющимися стоками, компактность, энергоэффективность.

Сооружения с иммобилизованной микрофлорой (прикрепленным биоцинозом). Использо-

вание иммобилизованной микрофлоры — один из перспективных путей интенсификации процесса биологической очистки, в частности, нитрификации.

К настоящему времени предложено большое количество конструктивных решений применения иммобилизованной микрофлоры на разнообразных видах носителей. Одна из основных задач при проектировании сооружений — подбор носителя иммобилизованной микрофлоры с определенными свойствами, в том числе механическая прочность, химическая устойчивость, биологическая устойчивость, большая удельная поверхность, хорошая регенерируемость, высокие конструкционные свойства, приемлемые стоимостные показатели.

Удаление соединений азота при биологической очистке. В хозяйственно-бытовых сточных водах азотосодержащие органические соединения присутствуют постоянно, являясь продуктом жизнедеятельности человека. Некоторые из них гидролизуются с образованием аммиака (процесс аммонификации). При показателе рН водной среды, близком к нейтральному, соединения азота представлены главным образом аммонием солевым. В ходе аэробной биологической очистки соли аммония частично или полностью окисляются, и в очищенных сточных водах образуются нитриты и нитраты.

Химическими лабораториями очистных сооружений контролируются содержание и соотношение аммония солевого, нитритов, нитратов и дается оценка протекающему процессу очистки. Для каждой из рассматриваемых форм азота установлены предельно допустимые показатели (ПДК) и лимитирующие показатели вредности (ЛПВ): для аммония и нитритов — токсикологический, для нитратов — санитарно-токсикологический. Концентрации соединений азота, превышающие установленные ПДК, должны быть удалены из сточной воды. Поскольку соединения азота не могут быть связаны реагентами в нерастворимые формы, очистка сточных вод от соединений азота представляет определенные трудности.

Решение задачи удаления соединений азота нашлось в совершенствовании процессов биологической очистки за счет использования аэробных и анаэробных процессов обработки сточной воды.

Сооружения для удаления органических веществ и соединений азота включают два самостоятельных процесса — нитрификацию и денитрификацию, — проводимых последовательно. При нитрификации процесс окисления солей аммония до нитритов и нитратов протекает обязательно при наличии в системе кислорода. При денитрификации (в анаэробных, т.е. бескислородных условиях) окисленные формы азота восстанавливаются до газообразного азота, который выводится в атмосферу.

В технологической схеме нитрификации-денитрификации на первой ступени могут быть приняты сооружения для реализации процесса нитрификации, а за ними — для денитрификации. В этом случае неизбежно дополнительное введение на ступени денитрификации легко окисляемого органического вещества.

33

При другом решении технологической схемы возможно размещение на первом этапе очистки сооружений для проведения процесса денитрификации, а затем — для нитрификации. В этом случае использование дополнительного реагента не требуется, поскольку в качестве легко окисляемого субстрата выступает органическое вещество очищаемой сточной воды. Однако в последнем случае требуется обеспечить повышенную рециркуляцию иловой смеси. Для снижения потребности в электроэнергии может быть применена двухступенчатая схема проведения процессов нитрификации-денитрификации.

Основное оборудование для реализации технологий нитрификации-денитрификации: воздуходувное оборудование; перемешивающие устройства (мешалки, образователи потока); низконапорные насосы большой производительности.

Поскольку процессы нитрификации и денитрификации являются биологическими, сооружения для их реализации могут базироваться на существующих емкостях аэротенков с изменением в них систем подачи воздуха, обвязки трубопроводами, дополнением оборудованием (мешалками и дополнительными перекачивающими устройствами) и увеличением объемов (при необходимости).

Биологическое удаление соединений фосфора. Фосфор — ключевой элемент почти во всех метаболических процессах, в том числе при биосинтезе белка, нуклеиновых кислот, сложных углеводов и других клеточных компонентов. Фосфор можно обнаружить в протоплазме любой клетки — простейшего, растения, животного.

Соединения фосфора обнаруживаются всегда в хозяйственно-бытовых водах и целом ряде производственных сточных вод. В хозяйственно-бытовых водах для проведения биологической очистки фосфора всегда достаточно (даже с избытком), производственные сточные воды содержат различные концентрации фосфора — от весьма высоких до полного отсутствия (в зависимости от вида производства).

В процессе биологической очистки сточных вод происходит изъятие фосфора на построение клеточного вещества прирастающего активного ила и на обеспечение энергетических потребностей клеток. Соотношение содержания органического вещества (БПК) и фосфора в клеточном веществе активного ила составляет БПК : Р — 100 : 1.

Фосфаты отнесены к четвертому «экологическому» классу опасности (умеренно опасные вещества). Воздействие фосфатов сильно проявляется в изменении экологических условий в водоеме (эвтрофирование, минерализация и т.д.), что рассматривается как недопустимый фактор при сбросе сточных вод в водные объекты, а потому строго нормируется.

При определенных технологических параметрах работы сооружений введение анаэробной ступени очистки в схему биологической очистки позволяет достичь повышенного удаления фосфатов.

Схемы биолого-химической очистки сточных вод. При химической очистке сточных вод от фосфора растворимые соли ортофосфорной кислоты вступают во взаимодействие с ионами реагента и образуют нерастворимые соединения, которые выпадают в осадок и выводятся из системы.

Поскольку при очистке сточных вод необходимо удалять целый ряд разнохарактерных загрязняющих веществ, а обработка реагентом не позволяет удовлетворять всем требованиям, биологическую очистку совмещают с реагентной. Причем обработка реагентом может проводиться на любой из ступеней технологической схемы очистки сточных вод, в том числе на ступени биологической очистки. Поскольку реагент — тяжелый металл, установлены границы его применения на каждом из этапов биолого-химического удаления реагента.

Один из вариантов технологических схем очистки от фосфора — симультанная очистка сточных вод, осуществляющаяся одновременно в ходе биологической и химической обработки очищаемых сточных вод.

34