14 Ковальчук Очистка стічних вод

У залежності від технологічного режиму процесу очистки вік мулу може змінюватись від 0,2 до 90 діб. Для нормально навантажених аеротенків, які працюють у II-III фазах (див. рис. 10.2), вік мулу складає 6-9 діб. Для високо навантажених аеротенків, працюючих у фазі експоненційного росту, характерний «молодий» мул, вік якого складає 1-3 доби. Для низько навантажених аеротенків, працюючих у фазі ендогенної респірації, характерний «старий» мул, вік якого складає більше 20 діб.

Згідно даних Клауса Імгофа повна біологічна очистка стічних вод забезпечується при мінімальному віку мулу 4 доби, повна біологічна очистка з нітрифікацією амонійного азоту - при мінімальному віку мулу 10 діб, повна біологічна очистка із стабілізацією надлишкового мулу - при мінімальному віку мулу 25 діб [9]. Залежність віку мулу від навантаження на нього наведена на рисунку 10.7.

Муловий індекс характеризує здатність активного мулу до осадження та ущільнення. Муловий індекс - це об`єм активного мулу в кубічних сантиметрах після відстоювання протягом 30 хв у циліндрах об’ємом 1 л, віднесений до 1 г сухої речовини активного мулу.

Муловий індекс показує, який об’єм займає біоценоз активного мулу у стані спокою. Для добре працюючих аеротенків на міських очисних спору-

дах J = 80-120 см3/г, глибоко мінералізований мул може мати індекс 60-90 см3/г. При «спуханні» активного мулу його муловий індекс перевищує 150200 см3/г. Такий мул погано осідає і відділяється від води у вторинних відстійниках, виноситься з очищеною водою, внаслідок чого зменшується загальний ефект очистки в аеротенку.

Муловий індекс залежить від багатьох чинників: навантаження на активний мул; достатньої кількості біогенних елементів (передусім фосфору); достатності розчиненого кисню в муловій суміші; наявності в стічних водах токсичних елементів, що можуть призвести до загибелі частини активного мулу; наявності в стічних водах легкоокислюваних органічних речовин (цукор, глюкоза, спирт).

Головним чинником, який визначає величину мулового індексу, є навантаження на мул (див. рис. 10.9). При очистці міських стічних вод в інтервалі навантажень на активний мул 500-1300 мг/(г.добу) муловий індекс різко зростає, і нормальна робота очисних споруд стає практично неможливою. Дещо зростає муловий індекс і при низьких навантаженнях на активний мул.

291

Рис. 10.9. Залежність мулового індексу від навантаження на активний мул:

1, 3 - зони нормальних значень мулового індексу; 2 - зона «спухання» активного мулу

Зрозуміло, що чим менше значення мулового індексу, тим краще активний мул осаджується й ущільнюється у вторинних відстійниках, тим менше рециркуляційного мулу потрібно перекачувати в аеротенки і навпаки. Кількість рециркуляційного мулу встановлюється за так званим коефіцієнтом (ступенем) рециркуляції.

Коефіцієнт (ступінь) рециркуляції зворотного мулу - це відно-

шення витрат рециркуляційного мулу Qr до витрат очищуваних стічних вод

Q

Величина α може виражатися у частках одиниці (тоді вживають термін коефіцієнт рециркуляції) чи у відсотках (говорять про ступінь рециркуляції). Звичайно α = 0,3-0,7 (30-70 %), але для деяких типів аеротенків може досягати 3 (300 %) і більше.

Складемо рівняння матеріального балансу активного мулу для аеро-

концентрацією мулу, що видаляється з вторинних відстійників ar . Зменшивши ступінь рециркуляції, можна збільшити концентрацію активного мулу, що

292

видаляється з вторинних відстійників, за рахунок більш тривалого відстоювання.

З певним наближенням можна прийняти [3, 6], що

З отриманого рівняння слідує, що доза мулу в аеротенку залежить від ступеня рециркуляції активного мулу α і мулового індексу J , який, у свою чергу, залежить від навантаження на мул і цілого ряду інших чинників. Тому дозу мулу слід розглядати як оптимальну концентрацію активного мулу, яка складається під впливом різних чинників, що характеризують той чи інший технологічний режим роботи аеротенків, вторинних відстійників тощо. У цьому зв’язку доречно говорити про деякі середні дози мулу в аеротенках, які складають 3-5 г/л при продовженій аерації, 3-4 г/л при низьких навантаженнях на активний мул, 2,5-3,5 г/л при середніх і 2-3 г/л при високих навантаженнях.

Окислювальна потужність аеротенка - це кількість органічних за-

бруднень по БПКповн чи БПК5, що видаляється в 1 м3 об’єму аеротенка за добу

Окислювальна потужність залежить в значній мірі від дози мулу в аеротенку, виду окислюваних забруднень, температури стічних вод і може

змінюватись від 250 г до 10-12 кг БПКповн на 1 м3 за добу.

Основним засобом збільшення окислювальної потужності аеротенків є збільшення концентрації мулу в аеротенку, однак при цьому потрібно забезпечити процес киснем, а також можливість розділення висококонцентрованої мулової суміші у вторинних відстійниках.

10.4. Класифікація аеротенків

Аеротенки об’єднують велику групу біологічних окислювачів, різноманітних за технологічними та гідродинамічними режимами очистки стічних вод, конструкцією, типами використовуваних систем аерації, але принцип їх дії грунтується на здатності мікроорганізмів активного мулу до окислення органічних забруднень стічних вод.

Аеротенки класифікують за наступними основними ознаками:

293

-за гідродинамічним режимом - аеротенки-витиснювачі, аеротенкизмішувачі і аеротенки з розосередженим впуском стічних вод (проміжного типу);

-за навантаженням на активний мул - високонавантажувані (аеротенки на неповну очистку), нормально навантажені (на повну очистку) і аеротенки продовженої аерації (на повну очистку із стабілізацією активного мулу). До аеротенків продовженої аерації відносяться також циркуляційні окислювальні канали. Аеротенки, в яких підтримуються підвищені дози мулу (5 г/л і більше), називаються високопродуктивними (до них можуть відноситись у цьому випадку звичайні і навіть аеротенки продовженої аерації);

-за способом регенерації активного мулу - аеротенки без окремої регене-

рації активного мулу і аеротенки з окремою регенерацією активного мулу (аеротенки з регенераторами);

-за кількістю ступенів очистки - одноступінчасті, двоступінчасті та багатоступінчасті. При цьому під ступенем очистки розуміють частину загальної біохімічної системи, у якій підтримується специфічна культура мулу;

-за режимом введення стічних вод в аеротенк - проточні, напівпроточні з перемінним робочим рівнем і періодичної дії (контактні);

-за конструктивними ознаками:

-за типом системи аерації - аеротенки з пневматичною, механічною, пневмомеханічною та гідропневматичною аерацією;

-за способом компанування з вторинними відстійниками - аеротенки з окремо розташованими вторинними відстійниками і аеротенки, зблоковані із вторинними відстійниками (аеротенки-відстійники, аеротенки-освітлювачі, аеротенки-акселатори);

-за конструкцією зони аерації - коридорні, прямокутні чи круглі у плані.

10.5. Аеротенки-витиснювачі і аеротенки-змішувачі

Аеротенки-витиснювачі являють собою коридорні споруди, в яких кожна порція суміші очищуваних стічних вод і активного мулу проходить послідовну очистку без повного змішування з усім об’ємом мулової суміші, яка знаходиться в аеротенку. Вважається, що ефект витиснення проявляється при відношенні відстані від місця впуску очищуваної води до кінця останнього коридору до ширини коридору не менше 30:1 [10].

В аеротенках-витиснювачах ступінь очистки є функцією відстані, яку проходить дана порція стічних вод і активного мулу від початку аеротенка

(рис. 10.10). БПКповн стічних вод зменшується від Len на початку до Lex у кінці аеротенка. Відповідно до зменшення БПКповн зменшується навантаження на активний мул A , а також і швидкість окислення забруднень: від максимальної, пропорційної Len - на початку, до мінімальної, пропорційної

294

Рис. 10.10. Зміна основних технологічних параметрів по довжині аеротенкавитиснювача

Lex - на кінці аеротенка. При цьому концентрація мулу зростає до кінця ае-

ротенка лише на 3-5 % [11].

Якщо на початку споруди спостерігається перевантаження активного мулу органічними речовинами й великий дефіцит кисню Д , то в її кінці від-

чувається нестача органічних речовин і надлишок кисню. Таким чином, активний мул від початку до кінця аеротенка проходить всі фази свого розвитку (див. рис. 10.2). Такий режим роботи не може розглядатись як оптимальний, бо швидко змінювані умови існування мулу не дозволяють мікроорганізмам адаптуватись до окислення певного «спектру» органічних забруднень. Іншим недоліком аеротенків-витиснювачів є погіршення їх роботи при залповому надходженні забруднень чи токсичних для активного мулу домішок стічних вод. У цьому випадку порушується робота біоценозу активного мулу: він втрачає свою активність, «спухає» і внаслідок цього виноситься із вторинних відстійників. Аеротенк на тривалий період виходить з нормального режиму. Тому аеротенки-витиснювачі використовуються для очистки порівняно слабко забруднених міських і близьких до них за складом виробничих стічних вод

(БПКповн до 500 мг/л [11]).

Слід відмітити, що аеротенки-витиснювачі забезпечують ефективне розділення мулової суміші у вторинних відстійниках.

Аеротенки-змішувачі (аеротенки повного змішування) являють собою споруди, в яких порції очищуваних стічних вод і активного мулу майже

295

миттєво перемішуються із всією масою мулової суміші, що знаходиться в аеротенку (рис. 10.11). До аеротенків-змішувачів відносяться аеротенки, обладнані механічними аераторами; відношення довжини таких споруд до ширини близьке до одиниці. Сюди ж відносяться аеротенки із розосередженим впуском суміші стічної води і активного мулу вздовж поздовжньої стінки аеротенка і таким же випуском із іншої сторони.

Рис. 10.11. Зміна основних технологічних парметрів по довжині аеротенка-змішувача

Закономірності процесу біологічної очистки стічних вод в аеротенкузмішувачі суттєво відрізняються від процесів, які відбуваються в аеротенкувитиснювачі. Якщо в аеротенку-витиснювачі бактерії проходять практично повний цикл свого розвитку, то в аеротенку-змішувачі вони підтримуються на певній фазі розвитку, адаптуються до складу забруднень очищуваних стічних вод, що забезпечує максимальну швидкість окислення забруднень.

Швидке перемішування стічної води і рециркуляційного мулу із усією масою мулової суміші дозволяє рівномірно розподілити органічні забруднення і розчинений кисень, забезпечити роботу аеротенка при постійному навантаженні на активний мул. Швидке розбавлення очищуваних стічних вод практично очищеною водою, що міститься в аеротенку, дозволяє очищати стічні води з відносно високою концентрацією забруднень. З цієї ж причини аеротенки-змішувачі краще ніж аеротенки-витиснювачі реагують на різку зміну концентрації забруднень і навіть на наявність у стічних водах токсичних речовин. Виходячи з цих обставин, аеротенки-змішувачі доцільно вико-

296

ристовувати для очистки висококонцентрованих виробничих стічних вод, а при очистці міських стічних вод - на першому ступені біологічної очистки перед аеротенками-витиснювачами чи біофільтрами.

До недоліків аеротенків-змішувачів слід віднести порівняно низьку швидкість окислення забруднень, яка для усієї споруди пропорційна БПКповн

очищених стічних вод Lex . Крім цього в аеротенках-змішувачах існує мож-

ливість «проскоку» частини стічної рідини без достатньої очистки, а також гірше в деяких випадках розділення мулової суміші у вторинних відстійниках.

10.6. Основні технологічні схеми очистки стічних вод в аеротенках

Схема повної біологічної очистки стічних вод в аеротенках без регенератора (рис. 10.12) є найпростішою технологічною схемою очистки стічних вод в аеротенках. Використовується для очистки низькоконцентрова-

них стічних вод ( Len <150 мг/л [10]), що не вміщують токсичних домішок.

Навантаження на мул у таких аеротенках підтримується в межах А=150-500 мг/(г.добу), а доза мулу - 1,5-3 г/л. При значенні коефіцієнта рециркуляції 0,3- 0,6 концентрація зворотного активного мулу, що повертається в аеротенки із вторинних відстійників, складає 4-8 г/л.

Рис. 10.12. Схема повної біологічної очистки стічних вод в аеротенках без регенерації активного мулу:

1 - стічна вода після первинних відстійників; 2 - аеротенк; 3 - мулова суміш; 4 - вторинний відстійник; 5 - очищена стічна вода; 6 - насосна станція; 7 - надлишковий активний мул; 8 - рециркуляційний активний мул

Розглядувана технологічна схема має ряд суттєвих недоліків. В таких аеротенках неможливо інтенсифікувати процес шляхом збільшення концентрації активного мулу через погіршання роботи вторинних відстійників. Іншим

297

недоліком схеми є можливість отруєння активного мулу і тривалого порушення роботи аеротенків при залповому надходженні в них стічних вод, що вміщують токсичні домішки.

Схема біологічної очистки стічних вод (повної чи неповної) в аеротенках з окремою регенерацією активного мулу (рис. 10.13). В основу схеми з аеротенками і окремими регенераторами покладена різниця швидкостей двох послідовних фаз біохімічного процесу - вилучення мулом забруднень із стічної води (власне очистка) і наступного окислення цих забруднень (регенерація мулу). Встановлено, що для міських стічних вод швидкість вилучення забруднень у 2-5 разів перевищує швидкість їх окислення. При незначних концентраціях забруднень у стічних водах (дивись попередню схему) обидва процеси відбуваються досить швидко, і їх здійснюють в одній споруді при постійній концентрації активного мулу 1,5-3 г/л, яка гарантує нормальну роботу вторинних відстійників. Збільшення концентрацій забруднень очищуваних стічних вод призводить до збільшення тривалості обох процесів і особливо регенерації, в результаті чого значно зростає і загальний об’єм споруди. У цьому випадку процес біохімічної очистки доцільно розділити на дві фази і здійснювати їх в окремих спорудах: першу - у власне аеротенку, другу - в регенераторі. В регенераторі, за рахунок ущільнення у вторинних відстійниках, підтримується більш висока концентрація активного мулу (6-8 г/л), ніж в аеротенках. Таким чином, зростає і середня концентрація мулу в системі «аеротенк-регенератор», що дозволяє зменшити сумарний об’єм споруди на 10-20 % у порівнянні із схемою без розділення фаз процесу. Важливою є також та обставина, що при цьому не зростає концентрація мулу в муловій су-

Рис. 10.13. Схема біологічної очистки стічних вод в аеротенках з регенерацією активного мулу:

1 - стічна вода після первинних відстійників; 2 - аеротенк; 3 - мулова суміш; 4 - вторинний відстійник; 5 - очисщена стічна вода; 6 - насосна станція; 7 - надлишковий активний мул; 8 - регенератор активного мулу; 9 - рециркуляційний активний мул

298

міші, яка надходить у вторинні відстійники, що гарантує їх нормальну роботу. Для міських стічних вод регенерацію активного мулу рекомендується

застосовувати, коли їх БПКповн більша 150 мг/л [10]. Для виробничих стічних вод доцільність введення регенераторів повинна бути підтверджена експери-

ментально. Якщо швидкість окислення забруднень близька до швидкості їх вилучення з води, то регенератори використовувати недоцільно.

Аеротенки з регенераторами в наш час використовуються на багатьох міських очисних спорудах, розрахованих на повну біологічну очистку стічних вод. Це пояснюється надходженням у міську каналізацію великої кількості виробничих стічних вод, які часто вміщують токсичні речовини, що, особливо при їх залповому надходженні, може привести до пригнічення чи навіть загибелі частини активного мулу. У такому випадку отруєний активний мул досить легко замінити життєздатним, що знаходиться в регенераторі.

Об’єм регенераторів звичайно приймають рівним 25-50 % від загального об’єму аеротенків, при цьому конструкція регенераторів, як правило, не відрізняється від конструкції аеротенків. Аеротенки з регенераторами на неповну очистку можуть використовуватись на першому ступені у двоступінчастих схемах.

За кордоном окрема регенерація активного мулу отримала назву «біосорбція», «контактна стабілізація», «ріджевський процес», які відрізняються одна від одної, головним чином, різним відсотком об’єму регенераторів від загального об’єму аеротенка.

Схема двоступінчастої очистки стічних вод в аеротенках (з регенераторами чи без регенераторів) (рис. 10.14). Таку схему доцільно вико-

ристовувати при очистці концентрованих стічних вод з БПКповн більше 250 мг/л, при наявності у воді речовин із великою різницею у швидкостях біохімічного окислення. Особливістю двохступінчастої очистки стічних вод є те, що на кожному ступені аеротенків поступово формується мул із специфічним біоценозом, який найкращим чином пристосований до окислення забруднень і забезпечує високий ефект очистки. Тому загальний об’єм аеротенків виявляється меншим у порівнянні з об’ємом одноступінчастих аеротенків.

Двоступінчаста очистка стічних вод може здійснюватись як без регенераторів, так і з регенераторами. Зазвичай на першому ступені очистки для вилучення 50-70 % забруднень використовуються аеротенки-змішувачі, які нормально працюють при великій нерівномірності надходження стічних вод і при наявності в них токсичних домішок. На другому ступені використовуються аеротенки-витиснювачі, які дозволяють здійснити повну очистку стічних вод від важкоокислюваних забруднень.

Відомо декілька модифікацій двоступінчастих схем очистки з аеротенками. За першою схемою надлишковий активний мул відводиться роздільно з кожного ступеня. При цьому високонавантажений надлишковий актив-

299

Рис. 10.14. Схема двоступінчастої біологічної очистки стічних вод в аеротенках з регенерацією активного мулу:

1 - стічна вода після первинних відстійників; 2, 4 - аеротенки відповідно першого і другого ступеня; 3, 5 - вторинні відстійники відповідно першого і другого ступеня; 6 - очищена стічна вода; 7, 11 - насосні станції відповідно першого і другого ступеня; 8, 12 - рециркуляційний мул відповідно першого і другого ступеня; 9, 14 - регенератори активного мулу відповідно першого і другого ступеня; 10 - надлишковий активний мул аеротенків другого ступеня; 13 - надлишковий активний мул аеротенків першого ступеня

ний мул першого ступеня потребує подальшої обробки, тоді як сильно мінералізований мул другого ступеня потребує тільки зневоднення. За другою схемою двоступінчастої очистки надлишковий активний мул другого ступеня направляється в аеротенк першого ступеня, покращуючи тим самим окислювальну роботу системи в цілому. Однак загальна кількість надлишкового мулу, що видаляється із системи після першого ступеня очистки і потребує подальшої обробки, у даному випадку дещо більша.

Третя двоступінчаста схема передбачає відведення надлишкового активного мулу тільки після другого ступеня очистки. Аеротенк першого ступеня при цьому працює з максимально можливими дозами мулу, надлишок якого разом з очищеною стічною водою надходить на другий ступінь. Перевагою такої схеми є висока окислювальна потужність першого ступеня очистки і значна мінералізація надлишкового активного мулу, який видаляється з другого ступеня очистки, що скорочує витрати на його подальшу обробку. Недоліком схеми є велика засміченість біоценозу мулу другого ступеня мулом першого ступеня, що порушує ефект адаптації.

Неповна очистка стічних вод у високонавантажуваних аеротен-

ках без регенератора (рис. 10.15). Підвищення навантаження на мул більше 1300 мг БПКповн /(г.добу) спричинює зменшення ефекту очистки стічних вод

300