Биотехнологии очистки сточных вод. Учебно-методическое пособие

сооружении не уступает качеству очистки в аэротенке-вытеснителе. Главное преимущество этих сооружений заключается в возможности сглаживания залповых нагрузок на активный ил, которые могут возникать при работе аэротенка в режиме вытеснителя в случае высоких концентраций загрязнений или наличия токсичных веществ в поступающей на очистку сточной воде. Возможность исключения проскока достигается равномерным распределением поступающих в аэротенк жидкости и ила, а также интенсивным перемешиванием всего содержимого аэротенка и равномерным отводом иловой смеси из него. При длинных аэротенках на крупных очистных сооружениях это обеспечивается не торцевым подводом воды и ила, а впуском их вдоль продольной стены аэротенка и сбором иловой смеси вдоль противоположной стены (рис. 5, а). Хорошие условия для эффективного смешения на сравнительно небольших очистных сооружениях создаются в квадратных или круглых в плане аэрационных зонах с подводом сточной воды и ила в центр зоны и периферийным сбором и отводом иловой смеси (рис. 5, б).

а)

3

5

4

2

1

и избыточный активный ил соответственно; 9 – воздух из воздyходувок; 10 – аэрационная система для подачи и распределения воздуха в аэротенке

21

–аэротенки с рассредоточенным вдоль сооружения впуском очищаемой воды и сосредоточенным впуском активного ила в них при циклически изменяющейся вдоль сооружения нагрузке на активный ил;

–аэротенки-смесители – сооружения с одинаковой нагрузкой на ил по всему объему сооружения. Схема впуска воды и ила в него (сосредоточенная или рассредоточенная) определяется конструктивными особенностями сооружения, обеспечивающими оптимальные условия для полного и возможно более быстрого смешения очищаемой воды и активного ила.

Различают аэротенки проточного и контактного режимов действия; с пневматической или механической (или смешанной) системой аэрации и др.

В ряде случаев, особенно при наличии высоких концентраций загрязняющих веществ или веществ с резко разнящимися скоростями их биохимического окисления, прибегают к устройству двух, а иногда и трех ступеней биологической очистки, и очищаемая вода проходит последовательно через каждую из них. Каждая ступень имеет свою замкнутую систему циркуляционного активного ила; избыточный же ил может удаляться как из каждой ступени, так и только из последней ступени аэротенков (рис. 6). Практически всегда в качестве аэротенков второй и третьей ступени (т.е. последней ступени биологической очистки) применяются аэротенки-вытеснители (хотя могут применяться и аэротенки с рассредоточенным впуском воды в них) для обеспечения постоянства качества очистки. Аэротенкисмесители более эффективны на первой ступени для снятия основной массы загрязнений при более низкой степени очистки (т.е. для частичной очистки сточной воды). При БПКполн поступающей сточной воды до 300 мг/л целесообразно применение аэротенковвытеснителей. Введение в них отделений регенерации активного ила

предусматривается при концентрациях БПКполн выше 150 мг/л. Считается, что лишь в этом случае она дает оправданные технологические и технико-экономические преимущества перед схемами без ре-

24

генерации. В этом же диапазоне концентраций загрязнений могут применяться и аэротенки с рассредоточенным впуском воды.

При концентрациях загрязнений, оцениваемых БПКполн свыше 300 мг/л, более целесообразным является применение аэротенковсмесителей. Чем выше исходная концентрация загрязнений, тем выше экономическая целесообразность их применения, особенно в качестве первой ступени при двухили трехступенчатой биологической очистке.

1.3. СООРУЖЕНИЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД МЕТОДОМ БИОФИЛЬТРАЦИИ

Внастоящее время для биологической очистки сточных вод широко применяют такие сооружения, как биофильтры. В соответствии

с[3] биологические фильтры допускается применять как основные сооружения биологической очистки от органических загрязнений при одноступенчатой схеме или в качестве одной или нескольких ступеней для очистки от органических загрязнений и/или аммонийного азота при многоступенчатой схеме очистки.

Вбиофильтре сточная вода фильтруется через слой загрузочного материала, покрытого биологической пленкой (биопленкой), которая образуется колониями аэробных микроорганизмов. Это сооружение состоит из корпуса, загрузки, а также из водораспределительного, дренажного и воздухораспределительного устройств (рис. 7). Проходя через загрузочный материал, загрязненная вода оставляет на нем нерастворенные примеси, не осевшие в первичных отстойниках, а также коллоидные и растворенные органические вещества. Последние сорбируются биопленкой, покрывающей поверхность загрузочного материала. Микроорганизмы, образующие биопленку, окисляют органические вещества, используя их как источник питания и энергии. Таким образом, в процессе метаболических реакций происходит преобразование загрязнений в простые соединения (вода, минеральные соединения и газы), из сточной воды удаляются органические вещества, в ней проходят процессы денитрификации и увеличивается

25

масса активной биопленки в теле биофильтра. Омертвевшая и отработавшая биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из тела биофильтра (рис. 8).

СхOyHzNmSn

O2

СH4 NH3 H2S

СO2 H2O SO2

3 – слой сточной воды

Как и любой биоокислитель, биофильтр представляет собой открытую экологическую систему, ограниченную в пространстве [1]. Это система состоит из двух сред: живой – биоценоза биопленки и неживой – конструктивной части биофильтра. Биопленка обеспечивается питанием и энергией за счет изъятия и переработки загрязненной сточной воды. Толщина образующейся биопленки зависит от гидравлической нагрузки, концентрации органических веществ, пористости и удельной поверхности загрузочного материала, влияния внешней среды и многих других факторов. В свою очередь, эффективность и пропускная способность биологического фильтра зависят от влияния окружающей среды, состава и режима сточных вод, эксплуатации, конструкции биофильтра, видового состава биопленки и др.

Классификация биофильтров

Биофильтры классифицируются по различным признакам.

1.По степени очистки – на биофильтры, работающие на полную

инеполную биологическую очистку. Высокопроизводительные био-

26

фильтры могут работать на полную или неполную очистку в зависимости от необходимой степени очистки. Малопроизводительные биофильтры работают только на полную очистку [1].

2.По способу подачи воздуха – на биофильтры с естественной и искусственной подачей воздуха. Наибольшее применение в настоящее время имеют биофильтры с искусственной подачей воздуха.

3.По режиму работы – на биофильтры, работающие с рециркуляцией и без нее. Если концентрация загрязнений в поступающих на биофильтр сточных водах невысока, и они могут быть поданы на биофильтр в таком объеме, который достаточен для самопроизвольной его промывки, то рециркуляция стока не обязательна. При очистке концентрированных сточных вод рециркуляция желательна, а в некоторых случаях обязательна.

4.По технологической схеме – на биофильтры одноступенчатые

идвухступенчатые. Двухступенчатые биофильтры применяются при неблагоприятных климатических условиях, при отсутствии возможности увеличивать высоту биофильтров и при необходимости более высокой степени очистки.

5.По пропускной способности – на биофильтры малой пропускной способности (капельные) и большой пропускной способности

(высоконагружаемые).

6.По конструктивным особенностям загрузочного материала –

на биофильтры с объемной загрузкой и с плоскостной загрузкой.

Биофильтры с объемной загрузкой можно подразделить на:

– капельные биофильтры (малой пропускной способности), имеющие крупность фракций загрузочного материала 20–30 мм и высоту слоя загрузки 1–2 м. В капельном биофильтре сточная вода подается в виде капель или струй. Естественная вентиляция воздуха происходит через открытую поверхность биофильтра и дренаж. Такие биофильтры имеют низкую нагрузку по воде; обычно она колеблется от 0,5 до 1 м3 воды на 1 м3 фильтра. Капельные биофильтры ре-

27

–высоконагружаемые биофильтры (аэрофильтры), имеющие крупность загрузочного материала 40–60 мм и высоту слоя загрузки 2–4 м. Отличительной особенностью этих сооружений является более высокая, чем в обычных капельных биофильтрах, окислительная мощность, что обусловлено незаиляемостью таких фильтров и лучшим обменом воздуха в них. Достигается это благодаря более крупному загрузочному материалу и повышенной в несколько раз скорости движения сточной воды, которая обеспечивает постоянный вынос задержанных трудноокисляемых нерастворенных примесей и отмирающей биопленки. Поступающий в тело биофильтра кислород воздуха расходуется в основном на биологическое окисление части загрязнений, не вынесенных из тела фильтра. Конструктивными отличиями высоконагружаемых биофильтров являются большая высота слоя загрузки, большая крупность ее зерен и особая конструкция днища и дренажа, обеспечивающая возможность искусственной продувки материала загрузки воздухом.

–биофильтры большой высоты (башенные), имеющие крупность загрузочного материала 60–80 мм и высоту слоя загрузки 8– 16 м. Такие биофильтры применяются для очистных станций пропускной способностью до 50 000 м3/сутки при благоприятном рельефе местности и при БПК очищенной воды 20–25 мг/л. В отечественной практике распространения не получили.

Биофильтры с плоскостной загрузкой подразделяются на следующие типы:

– биофильтры с жесткой загрузкой в виде колец, обрезков труб, решеток или блоков, собранных из чередующихся плоских и гофрированных листов и других элементов. В качестве загрузки могут быть использованы керамические, пластмассовые и металлические засыпные элементы. Блочные загрузки могут выполняться из различных видов пластмассы (поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, полистирол и др.), а также из асбестоцементных листов. В зависимости от материала загрузки плотность ее составляет 100–600 кг/м3, пористость 70–90 %, высота слоя загрузки 1–6 м (см. рис. 9);

28

грузочном материале со сложной формой, где поток отклоняется по вертикали, режим движения турбулентный. По данным [1] производительность сложных загрузочных материалов по сравнению с гладкими (при прочих равных условиях) на 67 % выше.

Надежная работа биофильтра может быть достигнута только при равномерном орошении водой его поверхности. Орошение осуществляется специальными распределительными устройствами, которые бывают неподвижными и подвижными. К неподвижным распределителям относятся дырчатые желоба или трубы и разбрызгиватели (спринклеры), к подвижным – качающиеся желоба, движущиеся наливные колеса и вращающиеся реактивные распределители (оросители). В отечественной и зарубежной практике наибольшее распространение получили спринклерное орошение и орошение c помощью подвижных оросителей.

Для лучшего распределения сточной воды по поверхности биофильтра и улучшения его работы сточная вода должна подаваться в спринклерную сеть периодически с небольшими интервалами. Для этой цели предусмотрен дозирующий бак, автоматически подающий воду в спринклерную сеть при его опорожнении.

30