14 Ковальчук Очистка стічних вод

Високонавантажувані біофільтри відрізняються від краплинних також і біоценозом біоплівки. У біоплівці високонавантажуваних біофільтрів переважають бактерії, в ній мало найпростіших, відсутні личинки комах, плісняві грибки. Біоплівка високонавантажуваних біофільтрів набагато тонкіша від біоплівки краплинних біофільтрів.

У вітчизняній практиці високонавантажувані біофільтри звичайно влаштовують із збірного залізобетону (рис. 9.6) у вигляді циліндричних резервуарів діаметром 6, 12, 15, 18, 21, 24, 27 і 30 м. Як і для краплинних, кількість робочих високонавантажуваних біофільтрів на очисній станції приймається в межах 2-8 шт. Дно біофільтрів виконується з монолітного залізобетону з похилом до збірного лотка (звичайно влаштовується один лоток), дренажне перекриття - із збірних колосникових решіток (див. мал. 9.4). Надійна робота високонавантажуваних біофільтрів досягається за умови рівномірного безперервного зрошення водою його поверхні, яке здійснюється в більшості випадків за допомогою радіальних реактивних зрошувачів, що обертаються (див. розділ 9.5).

Для штучної вентиляції завантаження високонавантажуваних біофільтрів повітря під тиском 100 мм вод. ст. (980 Па) нагнітається вентиляторами в міждонний простір між дном і дренажем. У тому місті відвідного лотка, де вода виходить з-під біофільтра, влаштовують гідрозатвор висотою 200 мм,

Рис. 9.7. Гідрозатвор на виході з високонавантажуваного біофільтра

231

а міждонний простір закривають з усіх сторін (рис. 9.7). Це робиться для того, щоб усе повітря, яке нагнітається вентилятором, повністю надходило в тіло біофільтра, а не виходило з біофільтра разом із очищеними стічними водами.

В окремих випадках, коли БПКповн очищуваних стічних вод більша від граничного для високонавантажуваних біофільтрів значення 300 мг/л, застосовується рециркуляція очищених стічних вод, яка забезпечує розбавлення очищуваних стічних вод, збільшення гідравлічного навантаження на біофільтр, підвищення ефекту очистки стічних вод. Зазвичай для рециркуляції використовується очищена стічна вода, яка забирається з каналу після вторинного відстійника (див. рис. 9.8, a) і змішується з очищуваними стічними водами перед біофільтром.

Рис. 9.8. Схеми очистки стічних вод на біофільтрах з рециркуляцією очищеної води: а) - подача очищеної води перед біофільтром; б) - подача очищеної води з надлишковою біоплівкою перед первинним відстійником; 1 - первинний відстійник; 2 - біофільтр; 3 - вторинний відстійник; 4 - рециркуляційна вода; 5 - насос; 6 - надлишкова біоплівка; 7 - сирий осад; 8 - рециркуляційна вода з біоплівкою

232

Рециркуляційна рідина вміщує нітрити, нітрати, розчинений кисень, аеробні мікроорганізми й ферменти. При змішуванні її з очищуваною водою відбувається «освіження» стічних вод, як правило, підвищується рН, зменшується запах. Головна перевага рециркуляції полягає в тому, що отримувана суміш стічних вод і рециркуляційної рідини набуває властивостей, які забезпечують високу ефективність окислення забруднень біоплівкою. При рециркуляції набагато ефективніше працюють нижні шари завантаження біофільтра.

Роль рециркуляції підвищується ще більше у випадку, коли очищена вода повертається разом із біоплівкою і змішується потім з неочищеними стічними водами перед первинними відстійниками (рис. 9.8, б). За рахунок цього вже в первинних

відстійниках розпочинається процес біологічної очистки стічних вод. При використанні цієї схеми рециркуляції об’єм вторинних відстійників можна не збільшувати, оскільки рециркуляційна рідина не надходить у їх відстійну зону.

Високонавантажувані біофільтри можуть забезпечити будь-який заданий ступінь очистки стічних вод, а тому знайшли використання як для повної, так і для неповної біологічної їх очистки на очисних станціях продуктивністю до 50000 м3/добу. При необхідності високонавантажувані біофільтри можуть також працювати і за двоступінчастою схемою.

233

9.2.3. Вежні біофільтри

Вежні біофільтри використовуються при витратах очищуваних стічних вод до 50000 м3/добу. Вони відрізняються від високонавантажуваних більшою крупністю - 40-100 мм і висотою завантаження - 8-16 м, що розділяється дренажем на яруси висотою 2-4 м (рис. 9.9). Внизу фільтра влаштовується міждонний простір висотою 0,4-0,9 м.

Висока окислювальна потужність вежного біофільтра, відношення діаметру якого до висоти завантаження повинно складати 1:6-1:8, забезпечується за рахунок виникаючої тяги. Крім того, значна висота і незамулюваність великого за розміром завантаження дозволяє подавати на вежний біофільтр

стічні води з БПКповн 250-500 мг/л.

Вежні біофільтри проектуються на повну й неповну біологічну очистку стічних вод і можуть працювати за одноступінчастою чи двоступінчастою схемами.

Кількість надлишкової біоплівки, що виноситься з вежних біофільтрів, приймається такою ж, як і для високонавантажуваних біофільтрів - 28 г/(жит.добу) за сухою речовиною; вологість біоплівки становить 96 %.

У вітчизняній практиці вежні біофільтри великого поширення не на-

були.

9.3.Біофільтри з площинним завантаженням

Убіофільтрах із об’ємним завантаженням приблизно 50 % об’єму тіла біофільтра зайняте власне завантаженням. При використанні ж площинного завантаження його пористість досягає 70-99 %, тобто власне завантаження займає лише 1-30 % тіла біофільтра. Завдяки цьому створюються сприятливі умови для обтікання повітрям біологічної плівки, руху рідини по поверхні завантаження, що у поєднанні з високою питомою площею його поверхні забезпечує суттєві переваги біофільтрів із площинним завантаженням перед біофільтрами інших типів (див. табл. 9.1), а саме: більшу в 3-4 рази окислювальну потужність; незамулюваність завантаження, що дозволяє подавати на ці біофільтри навіть неосвітлені стічні води; хорошу вентиляцію завантаження завдяки його високій пористості (штучна вентиляція в біофільтрах з площинним завантаженням не здійснюється); високу продуктивність праці при будівництві біофільтрів із готових блоків, скорочення тривалості будівництва.

Біофільтри з площинним завантаженням проектуються круглими чи багатокутними (8- і 16-кутними) в плані, висотою 3-8 м (у вітчизняній практиці - 3-4 м). Для запобігання переохолодженню завантаження в зимовий період їх розміщують в опалюваних приміщеннях. Конструкція дренажу і дна біофільтрів із площинним завантаженням принципово не відрізняється від

234

високонавантажуваних біофільтрів. Для забезпечення достатнього притоку повітря в біофільтри з площинним завантаженням у їх зовнішніх стінах на рівні між дном і дренажем влаштовують вікна. Розподіл стічних вод по поверхні біофільтрів звичайно здійснюють за допомогою радіальних реактивних зрошувачів, що обертаються.

При повній біологічній очистці на біофільтрах із пластмасовим завантаженням допустима величина БПКповн очищуваних стічних вод складає 250 мг/л, а при неповній біологічній очистці - не обмежується.

В біофільтрах із площинним завантаженням використовуються елементи різноманітних типів із пластмаси, металу, кераміки й ін. різної форми (див. рис. 9.10). Згідно СНиП 2.04.03-85 до матеріалів площинного завантаження пред’являються ті самі вимоги, що й до об’ємного завантаження біофільтрів. При цьому площинне завантаження з пластмас повинно витримувати температуру від +6 до +30 °С без втрати міцності. У залежності від типу використовуваного площинного завантаження воно відповідним чином вкладається в тіло біофільтра: жорстке блочне - у вигляді блоків, жорстке засипне - насипом, м’яке - у вигляді рулонів чи кріпиться у вигляді полотен. Але в будь-якому випадку площинне завантаження слід вкладати таким чином, щоб виключити можливість «проскакування» неочищених стічних вод через тіло

Рис. 9.10. Типи площинних завантажень біофільтрів:

1) - Кільця Рашига; 2) - кільця із перетинкою; 3) - кільця із хрестоподібною перетинкою; 4) - кільця Палля; 5) - сідла Берля; 6) - сідла «Інталокс»; 7) - циліндри з отворами; 8) - жорстке блочне завантаження; 9) - м’яке завантаження

235

біофільтра.

Жорстке засипне завантаження біофільтрів виготовляється у вигляді кілець, обрізків труб й інших елементів із пластмас (полівінілхлориду, поліетилену, поліпропілену, полістиролу), кераміки, а іноді з металу (рис. 9.10, 1- 7). В залежності від матеріалу завантаження його питома площа поверхні становить 100-330 м2/м3, а пористість - 70-90 %. Питома вага жорсткого засипного завантаження складає 100-600 кг/м3, що дозволяє влаштовувати біофільтри з висотою шару завантаження 1-6 м.

Жорстке засипне завантаження типів «Флокор», «Філтерпак», «Етапак», «Пропак» випускається в промислових масштабах і широко використовується в закордонній практиці (табл. 9.3). У вітчизняній практиці жорстке засипне завантаження практично не використовується.

Таблиця 9.3

Характеристика закордонних площинних завантажень біофільтрів [3]

Перевагою жорсткого засипного площинного завантаження є його велика питома площа поверхні й значна окислювальна потужність. Внаслідок випадкового розміщення окремих елементів у завантаженні забезпечується більш рівномірний «перерозподіл» стічних вод по поперечному перетину

236

біофільтра, що є особливо важливим при незадовільній роботі водорозподільних пристроїв. Однак таке завантаження має суттєвий недолік: при певних умовах, як і завантаження краплинних біофільтрів, воно може замулюватись.

Убіофільтрах із жорстким блочним завантаженням вода проходить по утворених формою завантаження каналах, що робить неможливим їх замулювання. Блоки завантаження збираються на клею чи за допомогою спеціальних з’єднань із пласких і гофрованих листів, частіше всього пластмасових

(полівінілхлорид, поліетилен, поліпропілен, полістирол й ін.) чи азбестоцементних. Питома вага пластмасового завантаження складає 40-100 кг/м3, а пористість - 90-97 %. Висота шару жорсткого блочного пластмасового заванта-

ження в біофільтрах може становити 2-16 м. Пористість азбестоцементного блочного завантаження складає 80-90 %, а густина - 200-250 кг/м3. Висота азбестоцементного завантаження в біофільтрах звичайно складає 2-6 м.

Увітчизняній практиці деякого поширення набуло жорстке блочне завантаження з поліетиленових чи азбестоцементних листів, характеристика якого наведена у таблиці 9.4. В останні роки в Україні фірма «Екополімер»

налагодила випуск блочних завантажень із полімерних гофрованих листів (рис 9.11). Таке завантаження має питому площу поверхні 100-150 м2/м3, діапазон робочих температур від -30 до +65 °С. Воно транспортується до місця вкладання у вигляді компактно складених листів і збирається в блоки за допомогою спеціальних з’єднувальних елементів безпосередньо на об’єкті, що дозволяє суттєво зменшити транспортні витрати. Розміри блоків підбираються в залежності від геометрії біофільтра (рис. 9.12 і 9.13).

Рис. 9.11. Модуль завантаження «Екополімер» з елементами кріплення

За кордоном великого поширення набули жорсткі блочні завантаження типів «Флокор» (рис. 9.14), «Вінілкор», «Сурфпак», «Гідропак», які найчастіше мають розміри 1,2х0,6х0,6 м (табл. 9.3). Рух рідини в каналах цих завантажень здійснюється зигзагоподібно згори вниз. Однак встановлено, що

237

найбільш оптимальним є хрестоподібний режимом руху води в каналах завантаження, який дає можливість рівномірного розподілу стічних вод по поперечному перерізу біофільтра й забезпечує ефективне використання усього

Рис. 9.12. Монтаж жорсткого блочного завантаження у біофільтр

об’єму його завантаження. Прикладом завантаження з хрестоподібним рухом рідини є завантаження типу «ПЛАСдек» (рис. 9.15), канали якого влаштовуються під кутом 45-60 о і періодично з’єднуються між собою.

Іншим типом площинного завантаження біофільтрів є м’яке завантаження з металевих сіток, пластмасових плівок чи синтетичних тканин (нейлон, капрон), які кріпляться на спеціальних каркасах чи вкладаються вертикально у вигляді рулонів (рис. 9.10, 9). Таке завантаження має питому вагу 5-60 кг/м3, пористість 94-99 % і вкладається висотою 3-8 м.

Біофільтри з жорстким засипним і м’яким завантаженням рекомендується використовувати при витратах стічних вод до 10 тис. м3/добу, а з жорстким блочним завантаженням - до 50 тис. м3/добу.

До недоліків біофільтрів із площинним завантаженням можна віднести порівняно велику вартість пластмасового завантаження, можливість пере-

238

охолодження завантаження в зимовий період, що робить необхідним у більшості випадків влаштовувати біофільтри в опалюваних приміщеннях.

Рис. 9.13. Вид поверхні біофільтра з жорстким блочним завантаженням

Рис. 9.14. Жорстке блочне завантаження типу «Флокор» і схема руху води в ньому

Рис. 9.15. Жорстке блочне завантаження типу «ПЛАСдек» і схема руху води в ньому

239

Таблиця 9.4

Характеристика вітчизняних площинних завантажень біофільтрів [6]

9.4. Занурювані біофільтри 9.4.1. Дискові біофільтри

Основними елементами дискового біофільтра є круглі диски діаметром до 3 м, які розміщені вертикально на горизонтальному валу на відстані 10-30 мм один від одного. Диски приблизно на половину діаметра занурені в лоток, по якому протікає стічна вода, і повільно обертаються за допомогою електроприводу. Поступово на поверхні дисків з’являється біоплівка, яка за видовим складом утворюючих її мікроорганізмів не відрізняється від біоплівки біофільтрів із об’ємним і площинним завантаженням. При занурюванні в рідину здійснюється процес сорбції біоплівкою нерозчинних, колоїдних і розчинних забруднень, що містяться в стічних водах. Коли біоплівка знову опиняється у повітрі, відбувається інтенсивне поглинання кисню й окислення вже сорбованих забруднень. За рахунок обертання дисків здійснюється також аерація очищуваних стічних вод. Частина біоплівки, включаючи відпрацьовану, відривається від поверхні дисків, попадає в лоток і знаходиться в очищуваних стічних водах у завислому стані. Таким чином, процеси біохімічного окислення органічних забруднень стічних вод здійснюються як біоплівкою, закріпленою на поверхні завантаження (як і в біофільтрах), так і вільно плаваючою біоплівкою (аналогічно до аеротенків).

Диски виготовляються з алюмінієвих, пластмасових (полістирол, вініпласт) чи азбестоцементних листів товщиною від 1 до 10 мм. Для збільшення площі прикріплення біоплівки в дисках можуть влаштовуватись отвори діаметром 5-10 мм. Диски жорстко закріпляються на полому стальному валі, кінці якого опираються на підшипники. Один із кінців валу з’єднується з приводом. Якщо використовуються тонкі пластмаси чи алюміній, то на 1 п. м.

240