Биохимические методы очистки сточных вод. Учебное пособие

Биологической очистке предшествует механическая очистка. Отстойники, применяемые для этой цели, называются первичными отстойниками.

После биологической очистки на биофильтрах вместе с очищенной водой уносится биологическая пленка, а после азротенков – активный ил, хлопья которого населены многочисленными аэробными микроорганизмами, минерализаторами органических загрязнений. Для освобождения от биологической пленки и активного ила сточные воды после прохождения через биофильтры и аэротенки направляют для осветления в отстойники, которые в этом случае называются вторичными отстойниками.

При очистке сточных вод в аэротенках определенное количество активного ила из осевшего во вторичных отстойниках возвращается в аэротенки для обеспечения биологического процесса очистки. Этот активный ил называется возвратным или циркулирующим. Количество его составляет 40–50 % от объема очищаемой жидкости. При неполной (частичной) биологической очистке в аэротенках, а иногда при полной биологической очистке производственных и смеси бытовых и производственных сточных вод циркулирующий активный ил поступает сначала в регенераторы для восстановления его активности, а из регенераторов – в аэротенки.

Активный ил, образующийся за счет удаления из сточных вод минерализованных органических загрязнений, постоянно наращивающийся, называется избыточным активным илом. Он удаляется из вторичных отстойников и направляется обычно сначала для уменьшения его влажности в илоуплотнители, а затем в метантенки, где сбраживается вместе с осадком из первичных отстойников.

Биологической очисткой нельзя добиться полного удаления из сточных вод всех бактерий, в том числе болезнетворных. Поэтому после биологической очистки сточные воды обеззараживают (дезинфицируют) обычно хлором (жидким хлором или хлорной известью). При этом устраивают помещение, где производится подготовка и дозирование хлора (хлораторная), затем смесители для перемешивания хлора с обеззараживаемыми сточными водами и контактные резервуары, где вследствие контакта хлора с водой происходит уничтожение бактерий. Выпадающее в контактных резервуарах небольшое количество осадка подвергается обработке совместно с осадком из первичных отстойников или направляется на иловые площадки.

31

Обеззараживание сточных вод может осуществляться и после механической очистки, если этим ограничивается их очистка до выпуска в водоем.

При биологической очистке сточных вод на капельных биофильтрах в качестве контактных резервуаров могут быть использованы вторичные отстойники после биофильтров. Вторичные же отстойники после аэротенков, а также после высоконагружаемых биофильтров при наличии рециркуляции очищенных сточных вод не могут служить контактными резервуарами, так как хлор будет губительно действовать на аэробные микроорганизмы, населяющие активный ил.

14. СХЕМЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

После расчета необходимой степени очистки сточных вод намечают схему очистки и состав сооружений. На рис. 14.1–14.3 представлены схемы очистки сточных вод, наиболее часто применяемые в практике проектирования очистных сооружений [9].

Схема I (рис. 14.1) является самой простой схемой очистных сооружений, предусматривающей пропуск сточных вод через решетки, задерживающие лишь грубые отбросы. Такая схема может применяться в случаях, когда небольшое количество сточных вод выпускается в мощный водоем (море, крупная водная артерия). При этом, как и в других схемах, должны учитываться требования, изложенные в «Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами».

Схема I (рис. 14.1) применяется в тех же случаях, что и схема I, при необходимости задержания более мелких частиц загрязнений сточных вод, размером менее 5 мм. Кроме того, такая схема может быть с успехом использована при очистке производственных сточных вод до спуска их в городские канализации.

Схемы III и IV (рис. 14.1) применяются тогда, когда бытовые сточные воды до выпуска в водоем подвергаются лишь механической очистке. При этом схема III рекомендуется при производительности очистной станции до 10 тыс. м3 в сутки, а схема IV – при большей производительности.

Осадок из контактных резервуаров в данном случае можно перекачивать в первичные отстойники с тем, чтобы в дальнейшем он подвергся обработке вместе с осадком первичных отстойников. Но

32

в зависимости от местных условий осадок из контактных резервуаров может быть направлен в метантенки или на иловые площадки.

При сравнении вариантов очистных сооружений по схеме III и IV (рис. 14.1) может оказаться, что строительная стоимость сооружений по схеме III ниже, чем по схеме IV, главным образом за счет меньшей стоимости отстойников и метантенков по сравнению с двухъярусными отстойниками. Но зато эксплуатационные затраты по схеме III ниже, чем по схеме IV. Кроме того, эксплуатация двухъ-

ярусных отстойников проще, чем отстойников с метантенками.

Рис. 14.1. Схемы механической очистки сточных вод I, II, III, IV: 1 – сточные воды; 1’ – очищенные сточные воды; 2 – решетки; 3 – дробилки для измельчения отбросов с решеток; 3’ – отбросы; 4 – сита; 5 – сооружения для переработки и обезвреживания отбросов, задержанных ситами; 6 – иловые площадки; 6’ – утилизация подсушенных осадков в качестве удобрения; 7 – песколовки; 7’ – песковые площадки; 8 – двухъярусные отстойники; 9 – хлораторная; 10 – контактные резервуары; 11 – первичные отстойники; 12 – метантенки; 13 – котельная; 14 – газгольдер

33

Схема V (рис. 14.2) предусматривается при необходимости химической очистки сточных вод. В настоящее время такая схема применяется преимущественно при очистке производственных сточных вод. Обеззараживания сточных вод, как правило, в этих случаях не требуется.

Рис. 14.2. Схема химической очистки сточных вод V: 1 – сточные воды; 1’ – очищенные сточные воды; 2 – решетки; 3 – дробилки для измельчения отбросов с решеток; 6 – иловые площадки; 7 – песколовки; 7’ – песковые площадки; 11 – первичные отстойники; 15 – реагентное хозяйство;

16 – смеситель; 17 – камера реакции

Схема VI (рис. 14.3) является типичной для биологической очистки сточных вод в естественных условиях. В ней предусматривается предварительная механическая очистка с переработкой выделяющегося из сточных вод осадка. Обеззараживания сточных вод в этой схеме не требуется. Данная схема может быть применена лишь при наличии вблизи канализируемого объекта больших территорий для размещения полей орошения или полей фильтрации.

Рис. 14.3. Схема биологической очистки сточных вод в естественных условиях VI: 1 – сточные воды; 1’ – очищенные сточные воды; 2 – решетки;

3’ – отбросы с решеток на почвенное обезвреживание; 7 – песколовки;

7’ – песковые площадки; 11 – первичные отстойники; 12 – сооружения

для переработки и обезвреживания осадков; 12’ – на утилизацию в качестве удобрения; 18 – поля орошения или поля фильтрации

34

Схема VII (рис. 14.4) представляет собой наиболее простую схему полной биологической очистки сточных вод в искусственно созданных условиях. Такая схема с капельными (стандартными) биофильтрами применяется для населенных пунктов или небольших предприятий, выпускающих сточные воды, аналогичные по своему составу бытовым, при производительности очистной станции до 1000 м3/сут.

Схема VIII (рис. 14.4) предусматривает биологическую очистку на высоконагружаемых биофильтрах как на полную, так и неполную (частичную) очистку и применяется для очистных станций производительностью до 50000 м3/сут. Допускается в определенных местных условиях их применение и для более крупных очистных станций.

Всхеме предусмотрена рециркуляция очищенной жидкости, осветленной во вторичных отстойниках. Такие отстойники не могут быть использованы одновременно как контактные резервуары после хлорирования сточных вод, так как этим был бы нарушен процесс биологической очистки на высоконагружаемых биофильтрах. Поэтому в качестве контактных резервуаров используются отдельные сооружения.

Вописываемой схеме принята механическая очистка сточных вод в отстойниках с переработкой и обезвреживанием выделяющихся осадков в метантенках. Эти сооружения могут быть заменены двухъярусными отстойниками при производительности очистных станций до 10 тыс. м3/сут.

Схема IX (рис 14.4) применяется при полной биологической очистке сточных вод в аэротенках на очистных станциях производительностью, как правило не менее 10 тыс. м3/сут.

Данная схема является сложной в эксплуатации и требует большого расхода электроэнергии на приведение в движение воздуходувок, насосов и прочих машин и оборудования. Поэтому такую схему выгодно применять при низкой стоимости электроэнергии и на крупных очистных станциях.

Схема X (рис. 14.4) может обеспечить неполную (частичную) биологическую очистку при требовании снижения ВПК сточных вод на 40–80 %. Эта схема отличается от предыдущей схемы наличием регенераторов, вызываемых необходимостью восстановления

35

активных свойств циркулирующего ила. Регенераторы применяются и при полной биологической очистке некоторых производственных стоков, и когда в составе сточных вод городских канализаций имеются производственные сточные воды, содержащие токсические для аэробных бактерий вещества.

Перечисленные схемы очистных сооружений не являются исчерпывающими, так как в отдельных случаях и в особенности при очистке производственных сточных вод могут иметь место и другие схемы. Но чаще всего в практике проектирования применяются схемы I–X.

6

Рис. 14.4. Схемы биологической очистки в искусственно созданных условиях VII, VIII

36

6

Рис. 14.4. Схемы биологической очистки в искусственно созданных условиях IX, X: 1 – сточные воды; 1’ – очищенные сточные воды; 2 – решетки; 3 – дробилки для измельчения отбросов с решеток; 6 – иловые площадки; 6’ – утилизация подсушенных осадков в качестве удобрения; 7 – песколовки; 7’ – песковые площадки; 8 – двухъярусные отстойники; 9 – хлораторная; 10 – контактные резервуары; 10’ – вторичные отстойники; 11 – первичные отстойники; 12 – метантенки; 13 – котельная; 14 – газгольдер; 19 – капельные

(стандартные) биофильтры; 19’ – высоконагружаемые биофильтры; 20 – преаэраторы; 21 – аэротенки; 21’ – регенераторы; 22 – воздуходувная

станция; 23 – илоуплотнитель

37

Контрольные вопросы

1.Сущность метода механической очистки.

2.Основные сооружения, используемые для механической очистки сточных вод.

3.Сущность метода биологической очистки.

4.Основные сооружения, используемые для биологической очистки сточных вод.

5.Схемы очистки сточных вод.

6.Что понимают под избыточным активным илом?

7.Обеззараживание сточных вод.

8.Первичные и вторичные отстойники.

9.Назовите сооружения, в которых биологическая очистка происходит в условиях, близких к естественным.

10.Назовите сооружения, в которых биологическая очистка осуществляется в искусственно созданных условиях.

38

РАЗДЕЛ 4. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

15. ПРОЦЕЖИВАНИЕ И ОТСТАИВАНИЕ

Перед более тонкой очисткой сточные воды процеживают через решетки и сита, которые устанавливают перед отстойниками с целью извлечения из них крупных примесей, которые могут засорить трубы и каналы.

Решетки могут быть неподвижными, подвижными, а также совмещенными с дробилками. Наибольшее распространение имеют неподвижные решетки. Решетки устанавливают из металлических стержней и устанавливают на пути движения сточных вод под углом 60–75 0. Стержни могут иметь круглое или прямоугольное сечение. Стержни с круглым сечением имеют меньшее сопротивление, но быстрей засоряются, поэтому чаще используют прямоугольные стержни, закругленные со стороны входа воды в решетку. Решетки очищают граблями. Прозоры в решетке имеют ширину 16–19 мм. Снятые с решеток загрязнения направляют на переработку. Для измельчения отходов используют дробилки.

Решетки-дробилки представляют собой агрегат, совмещающий функции решетки и дробилки, которая измельчает отходы, не извлекая их из воды.

Для удаления более мелких взвешенных веществ применяют сита, которые могут быть двух типов – барабанные и дисковые.

Сито барабанного типа представляет собой сетчатый барабан с отверстиями 0,5–1 мм. При вращении барабана сточная вода фильтруется через его внешнюю или внутреннюю поверхность и в зависимости от подвода воды – снаружи или внутрь. Задерживаемые примеси смываются с сетки водой и отводятся в желоб. Производительность сита зависит от диаметра барабана и его длины, а также от свойств примесей. Сита применяют в текстильной, целлюлозно-бу- мажной и кожевенной промышленности [2].

Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести. Для проведения процесса используют песколовки, отстойники и осветлители. В осветлителях одновременно с отстаиванием

39

происходит фильтрация сточных вод через слой взвешенных частиц [9].

При периодическом процессе осаждения взвешенные частицы в отстойнике распределяются неравномерно по высоте слоя сточных вод. Через какой-то промежуток времени после начала отстаивания в верхней части отстойника появляется осветленный слой жидкости. Чем ближе ко дну отстойника, тем больше концентрация взвешенных частиц в сточной воде, а у самого дна образуется слой осадка. Со временем высота слоя осветленной жидкости и высота слоя осадка возрастают за счет промежуточных слоев. Через определенный промежуток времени в отстойнике будут находиться только слой осветленной жидкости и слой осадка. В дальнейшем, если осадок не удалить, он будет уплотняться с уменьшением высоты. При непрерывном отстаивании наблюдаются те же зоны, но высота их не меняется в ходе процесса.

Песколовки применяют для предварительного выделения минеральных и органических загрязнений (0,2–0,25 мм) из сточных вод. В песколовках должны задерживаться фракции песка диаметром более 0,25 мм. Задержание песка в хорошо работающих песколовках может составлять 80 %, а в аэрируемых – 90 %.

Горизонтальные песколовки представляют собой резервуары с треугольным или трапецеидальным поперечным сечением. Глубина песколовок 0,25–1 м. Скорость движения воды в них не превышает 0,3 м/с. Разновидностью горизонтальных песколовок являются песколовки с круговым движением воды в виде круглого резервуара конической формы с периферийным лотком для протекания сточной воды. Осадок собирается в коническом днище, откуда его направляют на переработку или в отвал. Применяются при расходах до 7000 м3/сут. Вертикальные песколовки имеют прямоугольную или круглую форму, в них сточные воды движутся с вертикальным восходящим потоком со скоростью 0,05 м/с.

Конструкцию песколовки выбирают в зависимости от количества сточных вод, концентрации взвешенных веществ. Наиболее часто используют горизонтальные песколовки.

Назначение отстойников – удалять из сточных вод взвешенные вещества, которые оседают под действием тяжести или всплывают. Горизонтальные отстойники представляют собой прямоугольные

40