14 Ковальчук Очистка стічних вод

валу можна встановити до 30 дисків. На деяких установках довжина валу без проміжних опор досягає 7 м.

В одній установці можуть встановлюватись від 1 до 5 пакетів дисків. Усі пакети в межах однієї установки приводяться в дію від одного електродвигуна за допомогою ланцюгової передачі від валу до валу. Для забезпечення обертання валу з необхідною швидкістю використовуються моториредуктори різноманітних марок.

Пакети дисків встановлюються в круглі лотки з монолітного бетону на сульфатостійкому цементі. Можливе також влаштування лотків із листових матеріалів - сталі чи пластмас. Розміри лотка визначають таким чином, щоб відстань між дисками і стінками лотка складала 2-5 см.

Очищувані стічні води надходять у лотки через впускний отвір чи перелив, який влаштовується вздовж однієї стінки, розміщеної перпендикулярно дискам, а відводяться через отвір, чи перелив з протилежної сторони. Стічні води можуть впускатися й випускатися також через стінки, розміщені паралельно дискам (рис. 9.16). У нижній частині лотків влаштовують збірновідвідні канали чи поздовжні бункери для збирання і відведення осаду, які закінчуються відвідним трубопроводом із засувкою. Осад далі скидається у збірний колектор, по якому він надходить на зневоднення.

Швидкість обертання дисків зазвичай складає 2-10 хв-1 і встановлюється в залежності від характеру й ступеня забрудненості стічних вод. Збільшення швидкості обертання дисків дозволяє покращити надходження кисню

Рис. 9.16. Дисковий біофільтр:

1 - диски; 2 - вал; 3 - привід блоку дисків; 4 - підвідний лоток; 5 - лоток; 6 - водозлив; 7 - відвідний лоток

241

вбіоплівку, збільшити насичення стічної води киснем, однак разом із цим зростає споживання електроенергії, збільшується «зрізаючий момент» при входженні біоплівки у стічні води. Тому лінійна швидкість обертання на краю диску приймається в межах 0,3-1,3 м/с.

За рахунок використання закріпленої й вільно плаваючої біоплівки, хороших умов контакту її з органічними речовинами стічних вод і киснем повітря, насичення очищуваних стічних вод киснем, дискові біофільтри забезпечують вилучення забруднень із підвищеними швидкостями. У порівнянні з іншими типами біофільтрів, дискові біофільтри мають ряд суттєвих переваг: вони нескладні за конструкцією й прості в експлуатації; мають малі енергетичні витрати, які в 3-3,5 рази менші, ніж в аеротенках (енергетичні витрати

вдискових біофільтрах не перевищують 0,3 КВт.год на 1 кг знятої БПК5); мають малий гідравлічний опір, а тому не потребують великих перепадів висот для своєї роботи (при наявності перепаду висот більше 0,5-1 м пакет дисків може обертатись за рахунок енергії потоку); можуть ефективно працювати при великій нерівномірності надходження стічних вод і різких коливаннях концентрацій забруднень; товщину біоплівки у дискових біофільтрах можна контролювати і регулювати.

Недоліком дискових біофільтрів є можливість інтенсивного розвитку біоплівки і забивання простору між сусідніми дисками. У цьому випадку передбачаються заходи по примусовому видаленню біоплівки з поверхні дисків. Погано впливають на роботу дискових біофільтрів і відключення електроенергії. Через велику інерцію пакетів дисків включення біофільтра в роботу після зупинки потребує значних зусиль і часто призводить до виходу з ладу електроприводу.

Дискові біофільтри використовуються для повної та неповної біологічної очистки стічних вод. Вони встановлюються після споруд механічної очистки, відділення відпрацьованої біоплівки від стічних вод здійснюється у вторинних відстійниках. Дискові біофільтри розміщуються в опалюваних і неопалюваних приміщеннях.

Дискові біофільтри доцільно використовувати для очистки стічних вод малих населених пунктів з витратою до 500-1000 м3/добу, а також стічних вод від окремих будівель, кемпінгів, будинків відпочинку, санаторіїв, таборів, вахтових селищ тощо. Вони знайшли застосування і для очистки стічних вод підприємств, що знаходяться в сільській місцевості (молокозаводи, спиртзаводи, консервні заводи й ін.).

9.4.2. Барабанні біофільтри

Барабанні біофільтри (біобарабани, контактори) є подальшою модифікацією дискових біофільтрів. Основним елементом таких біофільтрів є

242

барабан, жорсткий корпус якого обтягується сіткою і поділяється усередині радіальними поздовжніми перегородками на 6-8 секторів, які заповнюються завантаженням (рис. 9.17). Як завантаження використовують пластмасові, азбестоцементні й металеві гофровані, перфоровані і гладкі листи, м’які тканинні та плівкові матеріали на каркасі, блочні завантаження з пластмас. Усі ці матеріали завантажень кріпляться до каркасу барабанного біофільтра. Засипні елементи з пластмасових кульок, обрізків труб, різного виду виробів із пластмас, металу, а також волокнистих матеріалів заповнюють сектори біофільтра на 60-90 % об’єму.

Рис. 9.17. Односекційний барабанний біофільтр:

1 - підвідний лоток; 2 - електромотор з редуктором; 3 - лоток; 4 - вал; 5 - барабан із металевої сітки; 6 - каркас жорсткості; 7 - відвідний лоток; 8 - перегородки; 9 - сектори барабану; 10 - пласкі та гофровані листи завантаження; 11 - блоки завантаження; 12 - засипний матеріал (пластмасові кульки, обрізки труб й ін.)

Барабани довжиною 2-3 м і діаметром 2-2,5 м обертаються із швидкістю 0,5-5 хв-1. До складу однієї установки можуть входити від 1 до 8 барабанів. Якщо число барабанів більше 3, то горизонтальний вал встановлюють на проміжних опорах. Як і на дискові, на барабанні біофільтри подаються попередньо освітлені стічні води, а відділення біоплівки від очищених стічних вод здійснюється у вторинних відстійниках.

Очищувані стічні води з лотка біофільтра через сітку надходять усередину барабанів і контактують із біологічною плівкою, що вкриває матеріал завантаження. При обертанні барабанів стаціонарно закріплені елементи завантаження почергово опиняються в рідині і на повітрі, а процеси біологічної очистки стічних вод здійснюються аналогічно процесам у дискових біофільтрах. Якщо використовуються засипні тверді чи волокнисті елементи, то при обертанні барабанів вони переміщуються усередині його секторів, що сприяє

243

хорошому контакту біоплівки з очищуваною водою, а також ефективному відділенню відпрацьованої біоплівки від поверхні завантаження.

Донецькою державною академією будівництва і архітектури запропоновано використовувати як завантаження біобарабану йоржі діаметром 5065 мм із скловолокна. Питома поверхня таких біобарабанів досягає 1000015000 м2 на 1 м3 об’єму, пористість - 99 %, а окислювальна здатність - 6 кг О2/(м3.добу). Розроблені проекти очисних споруд із такими біобарабанами діаметром 1,2, 1,4 і 2 м, що встановлюються у 5-6 ступенів, продуктивністю

50-700 м3/добу.

9.5. Розподіл стічних вод по поверхні біофільтрів

Ефективна робота біофільтрів забезпечується тільки за умови рівномірного зрошення стічними водами їх поверхні. Зрошення здійснюється розподільними пристроями, які поділяються на нерухомі і рухомі. До нерухомих пристроїв відносяться спринклери, дірчасті жолоби й труби, що вкладаються на поверхню біофільтрів, а також водоструминні зрошувачі. Жолоби й труби є найпростішими водорозподільними пристроями і використовуються лише на біофільтрах малої продуктивності. До рухомих водорозподільних пристроїв відносяться реактивні зрошувачі, рухомі наливні колеса і жолоби, що коливаються.

У наш час для розподілу стічних вод по поверхні біофільтрів використовуються переважно спринклери, обертові реактивні, а також водоструминні зрошувачі.

9.5.1. Спринклерне зрошення

Спринклерна система складається із дозувального бака, розподільної мережі і спринклерів.

Спринклери (спринклерні головки) являють собою спеціальні насадки з бронзи чи латуні, які вкручуються на різьбі в стояки розподільної мережі (рис. 9.18). Діаметри вихідних отворів спринклерів складають 19, 22 чи 25 мм. За допомогою спеціальних підковоподібних опор над кожним спринклером закріплюється відбивальний зворотний конус, який забезпечує створення грибоподібної форми потоку рідини.

Спринклери встановлюються на висоті 15-20 см від поверхні завантаження, при цьому сама розподільна мережа труб може розміщуватись на поверхні чи на глибині 0,5-0,75 м у товщі завантаження. Стояки із спринклерами розміщуються таким чином, щоб забезпечити рівномірне зрошення поверхні завантаження. Найчастіше їх розміщують рядами на відстані

244

1,732R один від одного і міжрядною відстанню1,5R , де R - радіус розбризкування (рис. 9.19).

Рис. 9.18. Спринклерна голівка: Рис. 9.19. Схема розміщення спринклерів 1 - корпус; 2 - відбивальний конус

При великій площі біофільтри розділяються на секції із самостійними водорозподільними мережами і окремими дозувальними баками. У вітчизняній практиці найбільшого поширення набув дозувальний бак із сифоном, основною перевагою якого є відсутність рухомих частин. Дозувальний бак автоматично подає воду в спринклерну мережу під постійним тиском. Тривалість спорожнення бака (період зрошення), що залежить в основному від його місткості й діаметра випускної труби, завжди однакова; тривалість же наповнення бака залежить лише від притоку стічних вод, який коливається протягом доби. Тому зрошення поверхні біофільтра здійснюється періодично, через нерівні за тривалістю інтервали. Для запобігання сильному охолодженню завантаження біофільтрів у випадку, якщо вони не обігріваються, інтервал між зрошенням не повинен перевищувати 5-8 хв.

Дозувальний бак має форму перекинутої зрізаної піраміди з сифоном і містить обладнання для автоматизації його роботи (рис. 9.20). Сифон, який є початком магістрального трубопроводу розподільної системи, входить у бак на деяку висоту від його дна. Над обрізом труби сифону розміщений перекинутий металевий стакан, який не доходить до дна, але кріпиться до нього за допомогою підставок. До верхньої частини стакана з протилежних сторін приєднані дві трубки: одна з них - сифонуюча, а інша - роз’єднувальна. Сифонуюча трубка закінчується відкритим кінцем вище максимального рівня води в баку; крім цього, ця трубка приєднана до магістрального відвідного

245

трубопроводу. Роз’єднувальна трубка закінчується відкритим кінцем біля дна баку.

Дія дозувального бака полягає в наступному. В початковий момент наповнення бака вода у ньому стоїть на рівні мінімального напору A , що відповідає нижньому коліну роз’єднувальної трубки; вода в сифонуючій трубці доходить до точки B1 приєднання до ковпака; у сифоні в цей момент вода

стоїть на горизонті Б1 вихідного отвору спринклерів. Після того, як вода

закриє нижній відкритий кінець роз’єднувальної трубки, вихід повітря з-під ковпака припиняється. При подальшому підвищенні рівня води в баку повітря під ковпаком буде стискатися, внаслідок чого горизонт води в лівому коліні сифонуючої трубки буде поступово опускатися до низу трубки, а у правому

коліні - підніматися до рівня B3 переливу у відвідний трубопровід, куди буде

надходити вода, що витісняється.

Коли рівень води в баку дійде до горизонту максимального напору, її рівень під ковпаком досягне верхнього краю магістрального відвідного тру-

бопроводу; рівень води в сифоні знизиться до відмітки Б2 ; рівень води в лівому коліні сифонуючої трубки знизиться до відмітки B2 , а в правому коліні сифонуючої трубки вода буде на колишньому рівні B3 . При цьому тиск повітря під стаканом у сифоні магістрального відвідного трубопроводу і в сифонуючій трубці буде рівний висоті водяного стовпа hp . У наступний

момент при деякому незначному підвищенні горизонту максимального напору води в баку тиск повітря під стаканом підвищиться, що призведе до прориву гідравлічного затвору в сифонуючій трубці; після цього тиск повітря під стаканом упаде до атмосферного, вода з бака заповнить стакан і надійде в магістральний трубопровід (відбудеться сифонування). Бак буде спорожнюватися доти, доки горизонт води в ньому не упаде до рівня A нижнього коліна роз’єднувальної трубки. Повітря, яке надійде через цю трубку під стакан, зірве в ньому вакуум і припинить дію сифона. У період спорожнення бака вода з нього засмоктується в сифонуючу трубку, через яку надходить у відвідний трубопровід. Після спорожнення бака обидва коліна сифонуючої трубки

залишаються заповненими водою до рівня висоти ковпака B1 .

Для регулювання максимального рівня напору води в баку, при якому починається сифонування води в системі, верхню частину сифонуючої трубки роблять рухомою на сальниках. Шляхом підвищення або пониження точки приєднання переливного патрубка сифонуючої трубки можна відрегулювати початок роботи сифона в момент досягнення рівня води під ковпаком краю відвідного трубопроводу. Відвідну трубу від бака можна влаштовувати з гідрозатвором чи без нього. Діаметр сифона приймається рівним діаметру магіс-

246

трального відвідного трубопроводу. Внутрішній діаметр стакана приймають рівним двом діаметрам труби сифона, але він може бути й більшим.

Рис. 9.20. Дозувальний бак біофільтра:

1 - магістральний відвідний трубопровід з сифоном; 2 - перекинутий металевий стакан; 3 - роз’єднувальна трубка; 4 - сифонуюча трубка; 5 - переливний трубопровід; 6 - спринклер

По мірі витікання води з бака радіус дії спринклера, який залежить від напору, поступово зменшується, і таким чином зрошується вся площа навкруги спринклера. Для більш рівномірного розподілу води по зрошуваній площі баку надають такої форми, при якій площа його горизонтальних перетинів на різних рівнях пропорційна витраті води з бака в даний момент. Цій вимозі з достатнім наближенням відповідає форма зрізаної перекинутої піраміди. Площу нижнього її перетину призначають у залежності від розміру вхідної труби; площу нижнього перетину (що відповідає рівню води при максимальному напорі) визначають із вказаного співвідношення.

9.5.2. Обертові реактивні зрошувачі

Обертовий реактивний зрошувач являє собою вертикальний стояк, до якого консольно прикріплені 2, 4 чи 6 радіальні дірчасті труби (рис. 9.21).

247

Стояк встановлюється на підшипниках і може обертатися навколо своєї осі. Стічна вода з розподільної камери під напором надходить у стояк, далі в радіальні труби й через отворив них виливається на поверхню біофільтра. Під дією реактивної сили, що виникає при витіканні з отворів води, зрошувач обертається.

Рис. 9.21. Обертовий реактивний зрошувач

Плече радіального зрошувача звичайно приймається на 0,1 м меншим від радіуса біофільтра, його відстань до поверхні завантаження складає 0,2 м. Діаметр отворів у трубах складає 10-15 мм, відстань між ними зменшується від центру до периферії, що забезпечує рівномірний розподіл стічних вод по поверхні біофільтра. Швидкість руху рідини у трубах приймається 0,5-1 м/с, а в отворах - не менше 0,5 м/с.

Для приведення у дію реактивного зрошувача необхідний відносно малий напір (0,2-1 м), що є однією з переваг цього пристрою. Крім цього, при використанні реактивних зрошувачів відпадає необхідність у влаштуванні дозаторів. Тому реактивні зрошувачі набули поширення у вітчизняній і закордонній практиці.

9.5.3. Водоструминна система зрошення

Для розподілу стічних вод по поверхні біологічних фільтрів із площинним завантаженням знаходить застосування так звана водоструминна система зрошення. Вона складається з магістрального трубопроводу чи лотка, розподільних трубопроводів чи лотків, насадкових елементів циліндричного, конічного чи коноїдального типу з отворами діаметром 15-32 мм, що розміщені на дні розподільних трубопроводів чи лотків, а також водовідбійних розеток.

Розподільна мережа розміщується над поверхнею завантаження біофільтра на відстані 0,5-1 м. Стічна вода з магістрального трубопроводу надходить у розподільну мережу і через насадкові елементи виливається у вигляді окремих струмин на водовідбійні розетки, що мають плоску чи увігнуту

248

сферичну форму з гладкими чи фігурними краями. Водовідбійні розетки розміщуються над завантаженням чи безпосередньо на його поверхні; у першому випадку вони підвішуються до розподільних трубопроводів чи лотків, а у другому - закріплюються на поверхні завантаження. Вдаряючись у розетку, струмина розбивається на окремі бризки й струминки, рівномірно зрошуючи поверхню завантаження біофільтра.

9.6. Методи розрахунку біофільтрів

Розрахунок біофільтрів полягає у визначенні необхідної висоти і об’єму завантаження, розмірів водорозподільних пристроїв (дозувальних баків, розподільних трубопроводів, спринклерів), а також лотків для збирання і відведення очищених стічних вод.

9.6.1. Методи розрахунку краплинних біофільтрів

Метод розрахунку краплинних біофільтрів за окислювальною потужністю завантаження тривалий час використовувався у вітчизняній практиці. Потрібний об’єм завантаження біофільтра за цим способом визначається за формулою

де Len і Lex - БПКповн відповідно неочищених і очищених стічних вод, мг/л; Qдоб - розрахункова витрата стічних вод, м3/добу; ОП - окислювальна поту-

жність завантаження, г БПКповн на 1 м3 завантаження за добу.

Окислювальна потужність залежить від наступних чинників: виду стічних вод (здатності забруднень стічних вод до біохімічного окислення); виду матеріалу завантаження (питомої поверхні, пористості й інших показників завантаження); температури стічних вод і повітря, кількості повітря, що надходить у завантаження.

При розрахунку краплинних біофільтрів окислювальну потужність приймають у залежності від середньорічної температури повітря за табл. 9.5. Для краплинних біофільтрів окислювальна потужність складає ОП =100-300

г БПКповн /(м3.добу).

Потрібна площа краплинних біофільтрів у плані визначається за фо-

де H - висота завантаження біофільтра (1,5-2 м).

249

Гідравлічне навантаження на поверхню краплинних біофільтрів скла-

дає

і повинно знаходитись в межах 1-3 м3/(м2.добу).

Метод розрахунку краплинних біофільтрів за СНиП 2.04.03-85

розроблений на кафедрі каналізації Московського державного будівельного університету. Він грунтується на експериментально встановленій залежності між відношенням БПКповн стічних вод на вході й на виході з біофільтра

K = Len / Lex і основними технологічними параметрами краплинного біофільтра: висотою шару завантаження H , гідравлічним навантаженням qo , середньозимовою температурою води T (див. табл.9.6).

Примітка. Перед рискою наведені значення К для висоти біофільтра Н=1,5 м, за рискою - Н=2 м.

Таблиця. 9.5

Окислювальна потужність краплинних біофільтрів (середньозимова температура стічних вод 10 °С, завантаження - котельний шлак) [3]

Примітки. 1. При іншій середньозимовій температурі стічних вод значення окислювальної потужності слід збільшувати чи зменшувати пропорційно відношенню фактичної температури до 10 °С.

2.У випадку використання в якості завантаження щебеню вказану в таблиці окислювальну потужність зменшують у 1,2 рази, а при використанні гравію - в 1,5 рази.

250