Биохимические методы очистки сточных вод. Учебное пособие

Характерными для первого вида конструкциями являются проекты метантенков, разработанные Гипрокоммунводоканалом.

Вцелях борьбы с коркообразованием уровень осадка принимается до основания отверстия газосборника. При более низком уровне осадка образуется газовая подушка, способствующая подсыханию поверхности осадка и образованию корки, постепенно утолщающейся к низу, с которой трудно бороться. Площадь цилиндрической горловины газосборника принимается из расчета пропуска 500–750 м3 газа в сутки на 1 м2. Отношение диаметра метантенка

квысоте (от днища до основания газосборника) принимается равным 0,8–1 м.

Загрузка и выгрузка осадка в метантенке производится одновременно при помощи распределительных камер, установленных в изолированном помещении, которое считается взрывоопасным. Нижние выпускные камеры снабжены подвижными водосливами, позволяющими регулировать уровень осадка в метантенках. При этом подача осадка производится в верхнюю зону метантенка, а выпуск сброженного осадка – из нижней конусной части метантенка.

Вметантенках объемом 5000 м3 и более устраиваются дополнительные трубы для выпуска осадка, располагают их через 5–6 м по высоте сооружения; для этих метантенков целесообразна непрерывная загрузка и выгрузка осадка [3].

Для метантенков объемом до 1000 м3 перемешивание осуществляется перекачиванием осадка при помощи насоса; для метантенков объемом от 1000 до 4000 м3 – гидроэлеватором и для метантенков объемом 4000 м3 и выше – пропеллерной мешалкой. Производительность перемешивающих устройств рассчитывается на пропуск всего объема метантенка в течение 5–10 ч.

Подогрев осадка в метантенках производится острым паром, подаваемым под давлением 1,5–5 ати при помощи пароструйных инжекторов, размещаемых в камерах управления по одному агрегату на каждый метантенк. Пароструйные инжекторы дают хорошее перемешивание осадка за счет гидравлической и тепловой циркуляции, которая позволяет часто обходиться без специальных перемешивающих устройств (насосов, гидроэлеваторов, пропеллерных мешалок).

Газ метан, выделяемый в метантенках, собирается и используется на энергетические нужды канализационных станций. Часто он

51

сжигается в качестве горючего в котлах с газовыми горелками для обогрева метантенков и отопления зданий очистных станций. Но гораздо выгоднее использовать газ в газовых моторах, приводящих

вдвижение электрогенераторы, насосы и воздуходувки. При этом расход газа на 1 л. с. мощности двигателя составляет для дизелей 0,3–0,6 м3, для карбюраторных, бензиновых или керосиновых двигателей 0,45–0,65 м3.

Вода, нагревающаяся при охлаждении газовых моторов до температуры 50 °С, может быть использована для подогрева осадка

вметантенках через змеевики. Для выравнивания расхода и давления газа применяют мокрые газгольдеры.

Разрыв между метантенками и другими сооружениями станции должен быть не менее 20 м, а от сооружений станции до газгольдеров 40–60 м [3].

Метантенки с плавающим перекрытием. Плавающее перекрытие может быть изготовлено из металла или железобетона. Этот тип метантенка имеет следующие преимущества: он взрывобезопасен; позволяет производить дозировку загрузки и выгрузки метантенка по высотному положению плавающего перекрытия; облегчает борьбу с образованием корки; обеспечивает аккумуляцию под плавающим перекрытием газа, что снижает требуемую емкость газгольдеров на 50 %; создает возможность заводского изготовления перекрытий. Однако при аккумуляции газа под перекрытием создаются условия для подсыхания осадка и образования корки, что является недостатком этого типа метантенка.

Двухступенчатые метантенки. В целях уплотнения сброженного осадка и дображивания его применяются открытые метантенки

вкачестве второй ступени к закрытым метантенкам, служащим первой ступенью. Применение этих метантенков рекомендуется

врайонах со среднегодовой температурой воздуха не ниже +6 °С. Открытые метантенки получили распространение в Германии.

Они могут быть круглыми, квадратными или прямоугольными

вплане, глубиной до 5 м, с откосами стен не менее 1:1,5. Удаление осадка от сборного приямка осуществляется по иловой трубе под гидростатическим давлением не менее 2 м.

Впуск осадка во вторую ступень производится с противоположной стороны по отношению к сборному приямку рассредоточено

52

в трех – четырех точках. Места впуска располагаются в средней трети высоты сооружения. Выпуск иловой жидкости из второй ступени осуществляется на разных уровнях через каждые 1,5 м по высоте сооружения.

Суммарный объем первой и второй ступени рассчитывается по дозе суточной загрузки осадка, равной 4 %, при этом первая ступень составляет 30–35 % от общей емкости метантенков.

Экономически оправдывается схема, предусматривающая термофильное сбраживание осадка из первичных отстойников в метантенках первой ступени с направлением сброженного осадка в метантенки второй ступени, куда загружается также избыточный активный ил. При этом метантенки второй ступени не подогреваются.

Для автоматизации работы и контроля за работой метантенков в здании обслуживания устанавливается щит технологического контроля. Замер расхода осадка и избыточного активного ила осуществляется при помощи вставок Вентури, соединенных с мембранными дифманометрами ДМ-6, передающими показания на электронный прибор с вращающимся циферблатом ЭПЗН-14. Для предупреждения засорения импульсных трубок осадком предусмотрена система их непрерывной промывки чистой водой. Контроль за уровнем осадка в метантенках и состоянием илопроводов производится при помощи поплавковых реле РПВ-1; при переполнении распределительной камеры подается импульс для автоматического отключения насосов, подающих осадок.

Измерение давления пара и газа осуществляется при помощи диафрагм и дифманометров, передающих показания на вторичные приборы. Сигнальные контакты предельно низких значений давления пара, имеющиеся на вторичном приборе, используются для автоматического прекращения подачи пара. Специальная блокировка исключает одновременный пуск пара в несколько метантенков. Измерение температуры поступающего осадка и осадка внутри метантенков производится при помощи электротермометров сопротивления типа ТСП-Ш, сигналы которых сводятся на многоточечный самопишущий прибор ЭМП-109, установленный на столе диспетчера.

Для автоматического поддержания заданной температуры осадка в метантенках предусматривается установка в них электроконтактных манометрических термометров, управляющих открытием

53

задвижек на паропроводе и подающих одновременно сигнал о предельных значениях температуры на щит контроля.

Измерение основных параметров, а также подача предупредительных сигналов может быть дублирована на диспетчерском пункте очистных сооружений, что позволяет отказаться от непрерыв- ного-обслуживания метантенков дежурным персоналом.

20. ИЛОВЫЕ ПЛОЩАДКИ

Осадок, сброженный в метантенках и септических камерах двухъярусных отстойников, а иногда свежий осадок из отстойников направляется для подсушивания (обезвоживания) на иловые площадки, представляющие собой спланированные участки земли, окруженные земляными валиками. Слой одновременно наливаемого осадка на карту иловой площадки принимают для летнего периода 20–30 см, для зимнего периода на 0,1 м ниже высоты ограждающих валиков [3]. Влажность осадка, напускаемого на иловые площадки, принимается: из первичных отстойников 93,5–95 %; двухъярусных отстойников 90 %; метантенков и осветлителей-пе- регнивателей 96,2–97 %; вторичных отстойников после биофильтров 96 %; активного ила после илоуплотнителей 96–97 %.

Влажность подсушенного осадка составляет 75–80 %, вследствие чего объем его уменьшается в 2–5 раз.

Иловые площадки устраиваются на естественном основании при условии залегания грунтовых вод на глубине не менее 1,5 м и только тогда, когда по санитарным соображениям иловые воды разрешается выпускать в грунт. Если грунтовые воды залегают выше, то тогда устраивается дренаж для понижения их уровня.

В целях увеличения нагрузки осадка на иловые площадки устраивают трубчатый дренаж для удаления иловой воды. Дренажные трубы диаметром 75–100 мм укладываются в канавах и обсыпаются щебнем или гравием крупностью 2–6 см. Расстояние между дренажными линиями принимают равным 6–8 м, начальная глубина заложения дренажей 0,6 м, уклон 0,003 [3].

Количество иловой воды, поступающей в дренажную сеть, составляет всего 0,1 % от количества очищаемых сточных вод. Однако эта вода содержит органические загрязнения и бактерии, поэтому

54

ее следует перекачать в канал, подводящий сточные воды на очистную станцию, или передать на дезинфекцию.

Для удобства механизации уборки подсушенного осадка размеры карт иловых площадок имеют ширину 20 м и длину 100–150 м. Высота валиков, ограждающих карты иловых площадок, определяется из условий намораживания и делается не более 1,5 м; ширина поверху валика должна быть не менее 0,7 м. Напуск и распределение осадка по картам производится обычно деревянными лотками на стойках, устроенных на оградительных валиках карт. Лотки выполняются сечением 30×30 или 40×40 см и укладываются с уклоном равным 0,01. Расстояния между спусками осадка из лотков принимают равным от 20 до 40 м.

Для обеспечения механизированной уборки, погрузки и транспортирования подсушенного осадка посредине иловых площадок и по бровкам устраиваются дороги для автотранспорта и средств механизации. Ширина дороги принимается 3,5 м, радиусы закругления не менее 8 м. Для съезда машин на карты устраиваются мощеные пандусы с уклоном 0,33–0,5.

Размеры иловых площадок определяются, исходя из нагрузок осадка в м3/м2 площадок в год. В тех случаях, когда уборка осадка зимой не производится, необходимо проверить полученную расчетом площадь иловых площадок на зимнее намораживание. Продолжительность этого периода определяется числом дней в году со среднесуточной температурой –10 °С. Объем осадка уменьшается за время намораживания на 25 % за счет зимней фильтрации и испарения. Под намораживание отводится не более 80 % общей площади карт, а 20 % оставляется для использования в период весеннего таяния снегов. Высота разового напуска осадка летом составляет 0,3 м, а зимой 0,5 м и более [3].

Как показал опыт эксплуатации иловых площадок, они работают неудовлетворительно. Независимо от характера грунта, на котором устроены иловые площадки, их поверхность быстро кальматируется и перестает фильтровать иловую воду. Да и сама иловая вода, содержащая часто взвешенные вещества, заиливает поры почвы. В результате обезвоживание осадка идет преимущественно за счет испарения. Поэтому интенсивность подсушки осадка зависит в основном от климатических условий. Летом в сухую погоду продолжительность подсушки осадка ограничивается одной неделей,

55

а осенью в дождливое время осадок не обезвоживается и за 1,5–2 месяца. Применявшиеся ранее дренированные иловые площадки на бетонном основании с искусственным фильтрующим слоем из шлака или гравия и песка также не достигали цели. Они работали удовлетворительно лишь при условии удаления вручную каждого слоя подсохшего осадка с заменой постепенно убывающего фильтрующего материала новым слоем. Применение механизмов для удаления осадка уплотняло фильтрующий слой и разрушало площадки.

Годовая нагрузка на такие иловые площадки может быть принята для сброженных осадков до 8 м3/м2 в год.

Крытые иловые площадки. При недостатке территории, а также по климатическим или санитарным соображениям (для защиты от насекомых и неприятных запахов) устраиваются закрытые иловые площадки по типу оранжерей, перекрываемые остекленными переплетами. Такие иловые площадки желательны в курортных районах. Нагрузка осадка из метантенков на площадки принимается 10 м3/м2 в год.

Иловые пруды. Для обработки и подсушки осадка иногда сооружают иловые пруды глубиной 2–3 м. Пруды устраиваются двухступенчатые и многоступенчатые, в которых более жидкая часть осадка перепускается в нижележащую ступень. Иловая вода, составляющая примерно 25 % от объема поступающего осадка, из последней ступени направляется на сооружения механической очистки сточных вод. Нагрузка на пруды принимается 2–3 м3/м2 в год [3].

21. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОСАДКА

Свежий осадок при сбраживании его в метантенках выделяет газ, содержащий в основном метан (65 %) и углекислоту (30–35 %).

Газ утилизируется в качестве топлива на самой очистной станции или может поступать для тех же целей в общегородскую газовую сеть. Этот газ может быть использован также как горючее для автомашин, для чего он импрегнируется под давлением 250 ати в баллоны на специально устраиваемой газонаполнительной станции. Углекислота может быть использована для производства сухого льда. Сброженный осадок представляет собой ценное органическое удобрение.

56

Осадок поступает на поля обычно высушенный на иловых площадках до влажности 75–80 %. Он может быть использован в качестве удобрения не только для выращивания огородных, но

иполевых культур, а также для плодово-ягодных, декоративных насаждений и цветов. Осадок вносится через год при влажности 75–80 % в количестве 40 т/га под зерновые культуры и в количестве 60 т/га под кормовые, силосные и овощные [10].

При благоприятном рельефе местности можно направить на поля жидкий осадок из метантенков для напуска по оросительным бороздам с последующим запахиванием. При влажности осадка 97,5 % его требуется 200–600 м3/га в зависимости от вида культур, под которые он вносится, в среднем можно принимать 300 м3/га.

Применение осадка в качестве удобрения увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур, например овощей, не менее чем в два раза.

Еще большего повышения урожая можно достигнуть, добавляя к осадку минеральное удобрение. Доза 30–40 кг/га минерального азота покрывает недостаток азота, наблюдающийся в первый период роста растений (ввиду пониженной нитрификации); в дальнейшем азота бывает достаточно. Калийного удобрения требуется добавить порядка 60 кг/га.

Осадок в виде удобрения лучше вносить осенью до начала морозов и весной, в течение 4–5 месяцев в году.

Избыточный активный ил после аэротенков и биологическая пленка, выпадающая во вторичных отстойниках после биофильтров, содержит витамин В12. Количество его колеблется в пределах 8–30 микрограмм на 1 г сухого вещества. В сброженном активном

иле концентрация витамина В12 возрастает. Как показали опыты, добытый из активного ила витамин В12, добавляемый к корму птиц

искота, является ростостимулирующим фактором. Активный ил может быть также использован как ценный белковый корм в пределах до 10 % рациона.

Контрольные вопросы

1.Виды осадков, образующиеся в процессе очистки сточных вод.

2.Что представляет собой сырой осадок в санитарном отношении?

3.Двухъярусные отстойники – эмшерские колодцы.

57

4.Септик (гнилостный резервуар) – резервуар, в котором сточные воды протекают с малыми скоростями для обеспечения выпадения взвешенных веществ в осадок.

5.Новый тип сооружения для первичного отстаивания сточных вод и переработки выпавшего осадка – осветлитель-перегниватель.

6.В каких случаях используют метантенки?

7.Какова влажность осадка, напускаемого на иловые площадки?

8.Иловые пруды и иловые площадки.

9.Для чего используют осадок сточных вод в качестве удобрения?

10.Где используется газ, выделяемый при сбраживании сырого осадка в метантенках?

58

РАЗДЕЛ 6. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД В ЕСТЕСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ

22. СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ

Для биологической очистки сточных вод в естественных условиях применяются следующие сооружения: поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды [7].

Очистка сточных вод на полях орошения и полях фильтрации происходит в процессе фильтрации их через почву. При этом задерживаемые органические загрязнения вместе с бактериями обволакивают частицы почвы и образуют биологическую пленку. Пленка адсорбирует тонкодиспергированные взвеси, коллоидальные и растворенные вещества загрязнений сточных вод, которые при помощи аэробных бактерий в присутствии кислорода воздуха подвергаются биохимическому окислению. Так как атмосферный воздух интенсивно проникает в поры почвы на глубину 0,2–0,3 м, то именно в этом слое и происходят окислительные процессы: органический углерод окисляется до СО2, азот аммонийных солей – до нитритов и нитратов (NО2 и NО3), т. е. нитрифицируется.

На большей глубине вследствие недостатка или отсутствия воздуха происходит процесс денитрификации, и на окисление органических веществ расходуется кислород, освобождающийся от нитратов. Практически активный слой грунта, в котором происходят процессы очистки сточных вод, достигает 1,5 м. Поэтому поля орошения устраиваются при уровне грунтовых вод не выше 1,5 м от поверхности земли. При более высоком стоянии грунтовых вод следует предусматривать мероприятия по понижению их уровня.

Очистка сточных вод в биологических прудах протекает так же, как и процессы самоочищения в водоемах. Биохимическое окисление органических веществ происходит за счет кислорода воздуха, реаэрируемого через поверхность зеркала воды.

23.КОММУНАЛЬНЫЕ ПОЛЯ ОРОШЕНИЯ

ИПОЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ

Полями орошения называются специально подготовленные участки земли, предназначенные для биологической очистки сточных вод с одновременным использованием влаги и удобрительных

59

веществ, содержащихся в сточных водах, для выращивания сельскохозяйственных культур. Поля орошения для очистки сточных вод применялись еще в глубокой древности. В Западной Европе поля орошения были первыми сооружениями для очистки сточных вод, которые получили распространение в XIX веке. В России поля орошения были впервые устроены в Одессе (1888 г.), затем в Киеве (1895 г.) и в Москве (1898 г.) [7].

Устройством полей орошения можно решать комплексно задачу очистки сточных вод и развития пригородных сельских хозяйств для обеспечения населения городов овощами и молочными продуктами.

Поэтому при выборе метода очистки сточных вод и места расположения очистных сооружений необходимо в первую очередь выявить возможность и необходимость сельскохозяйственного использования сточных вод после механической очистки. Применение биологической очистки сточных вод в искусственно созданных условиях оправдывается лишь в тех случаях, когда по местным условиям, санитарным требованиям или технико-экономическим соображениям невозможно осуществить биологическую очистку

вестественных условиях.

Внастоящее время различают два вида полей орошения:

1.Коммунальные поля, основное назначение которых заключается в очистке сточных вод; сельскохозяйственное же их использование имеет вспомогательное значение. Поэтому на такие поля дается максимально возможная нагрузка сточных вод с учетом самоочищающей способности почвы и потребности во влаге и удобрении специально подбираемых для таких условий сельскохозяйственных культур. Коммунальные поля орошения находятся

введении органов, эксплуатирующих системы канализации. Для устройства коммунальных полей орошения требуется производство больших капитальных работ по вертикальной планировке территории и сооружению оросительной и осушительной сетей.

2.Земледельческие поля характеризуются тем, что при орошении сточными водами ставится задача внесения в почву влаги и удобрения, потребных для оптимального произрастания растений. Одновременно с этим достигается очистка сточных вод. Такие поля устраиваются на землях колхозов и совхозов, без изъятия их у зем-

60