14 Ковальчук Очистка стічних вод

вітря під струминонаправляючу перегородку в нижній частині зони освітлення. Підтримання шару активного мулу в завислому стані забезпечується необхідним ступенем рециркуляції мулової суміші шляхом регулювання площі переливних вікон.

Процес біологічної очистки в аероакселаторі відбувається більш інтенсивно ніж в аеротенку за рахунок високого ступеня турбулентності в зоні аерації, розділення мулової суміші в шарі завислого осаду, створення оптимальних кисневих умов у зоні освітлення 5-кратною циркуляцією мулу, робоча доза якого може досягати 5-7 г/л без зниження його якості.

Завдяки компактності, зменшенню об’єму зони аерації та конструктивним перевагам аероакселаторів капітальні вкладення в порівнянні з аеротенками знижуються на 15-30 %, а собівартість очистки - на 10-30 % у залежності від продуктивності станції.

Вінституті Укрводоканалпроект (Київ) розроблені проекти аероакселаторів двох типорозмірів - діаметрами 18 і 24 м із пневматичною та пневмомеханічною системою аерації. В проектах прийняті компанування з чотирьох

аероакселаторів діаметром відповідно 18 м (для станцій продуктивністю 1017 тис. м3/добу) і 24 м (25-50 тис. м3/добу).

Ваеротенках-освітлювачах підтримується високий ступінь рециркуляції мулу (6-12), що дозволяє розглядати шар завислого мулу у відстійній зоні як додаткову зону окислення і зменшити тривалість аерації до 3-5 годин.

Аеротенки-освітлювачі зазвичай являють собою прямокутні в плані споруди з похилими (рис. 10.45) чи вертикальними боковими стінками (рис. 10.46). В аеротенках-освітлювачах із похилими боковими стінками зона аерації знаходиться в центральній частині споруди між симетрично розміщеними по периферії зонами освітлення, а при вертикальних бокових стінках зони освітлення з обох сторін обмежені зонами аерації. Зони освітлення відділені від зон аерації похилими перегородками, що не доходять до дна. У верхній частині перегородок влаштовані переливні вікна для подачі мулової суміші із зони аерації в зону освітлення. У нижній частині перегородки утворюють суцільну щілину, через яку зворотній мул підсмоктується із зони освітлення в зону аерації.

Циркуляція мулової суміші між зонами освітлення та аерації виникає завдяки подачі повітря в зону аерації через перфоровані трубки чи дрібнобульбашкові дифузори й регулюється зміною площі перетину переливних вікон.

Подача освітлених стічних вод в аеротенки-освітлювачі здійснюється через перфорований трубопровід, розміщений біля дна по всій довжині зони аерації. Аерована мулова суміш через переливні вікна надходить у зону дегазації, а звідти - у зону освітлення, де розділяється на два потоки. Один потік (зворотний) через донні щілини повертається в зону аерації, інший направля-

341

Рис. 10.45. Аеротенк-освітлювач з похилими стінками:

1 - зона аерації; 2 - переливні вікна; 3 - козирок; 4 - зона освітлення; 5 - лоток; 6 - випуск надлишкового активного мулу; 7 - циркуляційна щілина; 8 - трубопровід для подачі повітря в щілину; 9 - «зуб»; 10 - перфорований трубопровід для подачі стічних вод; 11 - аератор; 12 - перегородка; 13 - зона дегазації; 14 - шибер

Рис. 10.46. Аеротенк-освітлювач з вертикальними стінками (умовні позначення такі самі, як і на рисунку 10.45)

ється вгору, створюючи завислий шар активного мулу. Очищена стічна вода, що пройшла завислий шар, збирається водовідвідними лотками.

Типові аеротенки-освітлювачі, розроблені НДКТІ МГ, призначені для очистки міських чи близьких до них за складам виробничих стічних вод

(БПКповн до 500 мг/л, концентрація завислих речовин до 150 мг/л) на очисних станціях продуктивністю 1,4-280 тис. м3/добу.

342

10.8.5. Циркуляційні окислювальні канали

Циркуляційні окислювальні канали (ЦОК) набули певного поширення в країнах західної Європи, особливо в Голландії, де вони були вперше запропоновані А.Пасвиром. Ці аераційні споруди являють собою замкнуті канали трапецієподібного або прямокутного поперечного перетину овальної форми в плані, по яких циркулює мулова суміш. Горизонтальні поверхневі аератори типу щіток Кессенера, які встановлюються упоперек каналу, одночасно аерують мулову суміш і забезпечують її циркуляцію з швидкістю 0,3 м/с для запобігання осадженню активного мулу (рис. 10.47).

Рис. 10.47. План очисної станції з циркуляційним окислювальним каналом:

1 - приймальна камера; 2 - механічний аератор; 3 - циркуляційний окислювальний канал; 4 - трубопровід надлишкового мулу; 6 - насосна станція; 7 - хлораторна; 8 - трубопровід рециркуляційного мулу; 9 - вторинний відстійник; 10 - випускний пристрій з каналу; 11 - відвід очищених стічних вод

ЦОКи працюють за принципом аеротенків продовженої аерації, як правило, без первинного відстоювання, при середньому віку мулу 20 діб, що дозволяє забезпечити значну його мінералізацію. Такий активний мул має велику буферність і стійкість до коливань витрати та концентрацій забруднень очищуваних стічних вод.

У залежності від витрати застосовуються як схеми без вторинного відстоювання (рис. 10.48, а), так і схеми з вторинним відстоюванням (рис. 10.48, б) очищуваних стічних вод. За першою схемою робота ЦОК здійснюється у періодичному режимі то як аеротенка, то як вторинного відстійника, для чого необхідне влаштування як мінімум двох каналів із виведенням надлишкового мулу безпосередньо з каналу. За другою схемою ЦОК працює безперервно з виведенням надлишкового активного мулу із вторинного від-

343

стійника. Надлишковий активний мул в обох схемах спрямовується на мулові майданчики.

Рис. 10.48. Схема роботи циркуляційних окислювальних каналів:

а) - у проточному режимі; б) - у контактному режимі; 1 - очищувана стічна вода; 2 - аератори; 3, 5 - мулова суміш; 4 - вторинний відстійник; 6 - насосна станція; 7 - очищена вода; 8 - муловий приямок; 9 - надлишковий активний мул; 10 - дренажні води з мулових майданчиків

Узакордонній практиці в ЦОКах застосовуються механічні аератори

звертикальною віссю обертання типу «Симкар». Завдяки великій окислювальній і перемішуючій спроможності аератора глибина каналу збільшена з 0,8- 1 до 2,5-4 м, що дозволило значно зменшити необхідну площу усієї споруди. Аератор встановлюється в місці заокруглення каналу з влаштуванням перегородки таким чином, щоб весь потік рідини спрямовувався вздовж каналу (рис. 10.49). Такі ЦОКи отримали назву «Карусель» і широко застосовуються для обслуговування населених пунктів з населенням 8-20 тис. мешканців.

Увітчизняній практиці ЦОКи знайшли використання для повної біо-

логічної очистки стічних вод невеликих населених пунктів (максимальна добова витрата 700-1400 м3/добу) та стічних вод деяких підприємств (наприклад, молочних заводів). У зв’язку з можливістю обмерзання і виходу з ладу поверхневих механічних аераторів та зниження ефективності очистки у зимовий період ЦОКи рекомендується влаштовувати в районах із розрахунковою зимовою температурою найбільш холодного періоду не нижче - 25 °С.

Розроблені типові проекти ЦОКів продуктивністю 50, 100, 200, 400, 700 і 1400 м3/добу.

ЦОКи можна будувати при будь-яких грунтових умовах незалежно від рівня грунтових вод. Канали ЦОКів робочою глибиною 0,8-1 м, як правило, мають трапецієподібну форму з похилом укосу (1:1)-(1:1,5). Укоси і дно каналу укріплюють залізобетонними плитами чи монолітним бетоном із це-

344

Рис. 10.49. Циркуляційний окислювальний канал типу «Карусель»:

1 - подача рециркуляційного активного мулу; 2 - подача неочищених стічних вод; 3 - механічний аератор з вертикальною віссю обертання типу «Симкар»; 4 - циркуляційний окислювальний канал; 5 - подача мулової суміші у вторинні відстійники

ментною стяжкою. Максимальна ширина дна каналу складає 2 м, а максимальна ширина каналу в його верхній частині - 7 м. Аератори типу АРП чи АРН встановлюються на початку прямої ділянки на відстані 10 м від повороту. На кожному каналі можуть встановлюватися від 1 до 4 аераторів.

До складу очисних споруд крім ЦОКів входять також решіткадробарка, піскоуловлювач, вторинний відстійник, контактний резервуар, мулові майданчики, виробничо-допоміжна будівля з муловою насосною станцією та хлораторною (рис. 10.47). Стічні води, що пройшли решітку-дробарку і піскоуловлювач, надходять у ЦОК під аератором, що сприяє їх ефективному перемішуванню з муловою сумішшю й швидкому насиченню киснем. Мулова суміш випускається з ЦОКу перед аератором у кінці повороту. Рециркуляційний активний мул подається в ЦОК під аератор, а надлишковий - на мулові майданчики. Дренажна вода з мулових майданчиків самопливом надходить в ЦОК на повторну очистку.

Безсумнівними перевагами ЦОКів є простота конструкції та експлуатації, стабільний ефект очистки стічних вод навіть при різкому коливанні витрат і концентрацій забруднень очищуваних стічних вод, відсутність запахів при зневоднюванні осаду на мулових майданчиках. До недоліків ЦОК можна віднести велику площу забудови у порівнянні, наприклад, з компактними установками заводського виготовлення. Велика площа поверхні при малій глибині робить ЦОКи досить чутливими до коливань температури повітря, особливо в зимовий час.

345

10.8.6. Окситенки

Використання газоподібного кисню для аерації стічних вод було вперше запропоноване М.Перні в 1946 р. На початку 70-х років минулого століття були створені споруди, в яких замість атмосферного повітря для аерації стічних вод застосовується технічний кисень або повітря, збагачене киснем - так звані окситенки. Використання кисню замість повітря дозволяє підтримувати в муловій суміші концентрацію розчиненого кисню 5-10 мг/л, замість зазвичай прийнятої для аеротенків концентрації 2 мг/л. Це дозволяє збільшити дозу активного мулу до 5-10 г/л, підвищує в 5-10 разів окислювальну спроможність споруди і її здатність працювати в умовах різкої зміни навантаженнь на активний мул. Коефіцієнт використання кисню досягає при цьому 90-95 %. У залежності від виду очищуваних стічних вод період аерації в окситенках знижується з 6-12 до 1-3 годин, що дозволяє в 4-8 разів зменшити об’єм споруди. Технічний кисень інтенсифікує дифузійні процеси розчинення кисню, дозволяє збільшити швидкість біохімічного окислення органічних

забруднень за БПКповн у 1,5-3,8 рази. Крім цього, приріст активного мулу в окситенках на 25-35 % нижчий, ніж в аеротенках, мул значно краще відділя-

ється від очищеної води й ущільнюється (муловий індекс складає 40-70 см3/г ), що дозволяє зменшити об’єм вторинних відстійників та мулозгущувачів. Важливе значення має й той факт, що при застосуванні кисню дуже інтенсивно протікають процеси нітрифікації амонійного азоту.

Заслуга створення окситенків і їх широкого впровадження у практику належить американській фірмі «Юніон Карбайд». Окситенки цієї фірми носять назву «Юнокс». Глибоке та всебічне вивчення роботи окситенків було здійснене в НДІ ВОДГЕО під керівництвом проф. І.В.Скирдова. У результаті цих досліджень запропонована оригінальна і високоефективна конструкція окситенка (рис. 10.50).

Конструктивно окситенк виконаний у вигляді резервуара круглої в плані форми з циліндричною перегородкою, що відділяє зону аерації від зони муловідокремлення. У середній частині циліндричної перегородки влаштовані вікна для перепускання мулової суміші із зони аерації в муловідокремлювач; у нижній частині - вікна для надходження зворотного мулу в зону аерації. Остання має герметичне перекриття, на якому встановлений електродвигун турбоаератора та змонтовані трубопровід для подачі кисню і продування. Муловідокремлювач обладнаний пристроєм для перемішування мулової суміші, який являє собою радіально розташовані решітки з вертикальних стержнів діаметром 30-50 мм, встановлених на відстані 300 мм один від одного. Внизу до решіток прикріплений скребок. Муловідокремлювач працює із завислим шаром активного мулу, рівень якого регулюється автоматично шляхом скиду надлишкового активного мулу через спеціальну трубу.

346

Рис. 10.50. Окситенк конструкції НДІ ВОДГЕО:

1 - продувочний трубопровід; 2,5 - засувки з електроприводом; 3 - електродвигун; 4 - турбоаератор; 6 - герметичне перекриття; 7 - подача кисню; 8 - вертикальні стержні; 9

-збірний лоток; 10 - надлишковий мул; 11 - резервуар; 12 - перепускні вікна мулової суміші; 13 - циліндрична перегородка; 14 - скребок; 15 - перепускні вікна рециркуляційного мулу; 16 - зона аерації; 17 - подача стічних вод; 18 - муловідокремлювач; 19

-випуск очищених стічних вод

347

Стічні води подаються у нижню частину зони аерації, де змішуються з активним мулом. Під дією швидкісного напору, що створюється турбоаератором, мулова суміш через вікна надходить в муловідокремлювач, де повільно рухається по колу. Процес відділення та ущільнення мулу при цьому значно інтенсифікується завдяки його перемішування стержнями пристрою для перемішування. Очищені стічні води освітлюються в шарі завислого осаду, надходять у радіальний збірний лоток і відводяться із споруди. Зворотний активний мул опускається вниз і через вікна надходить у камеру аерації.

Завдяки значному запасу розчиненого кисню в муловій суміші, що надходить у муловідокремлювач, і її перемішуванню стержнями одночасно і інтенсивно протікають два процеси - біологічне окислення та розділення мулової суміші. У зоні завислого осаду одночасно відбувається освітлення очищених стічних вод і доокислення залишкових органічних забруднень.

Окситенк обладнується системою автоматики, яка забезпечує подачу кисню в зону аерації у відповідності до швидкості його споживання. Система автоматично підтримує задану концентрацію розчиненого кисню в муловій суміші аеротенка при будь-яких змінах складу, концентрації або витрати очищуваних стічних вод.

Інститутом Союзводоканалпроект розроблені проекти окситенків діаметром 10, 22 і 30 м, у яких зони освітлення та аерації рівні між собою за об’ємом.

У наш час найбільш перспективним є застосування окситенків на об’єктах, що мають власний технічний кисень або можуть отримувати його від сусідніх підприємств (наприклад, заводи по виробництву синтетичного каучука, а також хімічні, коксохімічні, нафтохімічні й ін.).

Спеціалістами США розроблені окситенки з відкритою зоною аерації, які отримали назву «Марокс» (рис. 10.51). Це значно спрощує як саму конструкцію споруди, так і систему автоматизації подачі кисню. В окситенку «Марокс» кисень подається за допомогою дифузорів, що обертаються, завдяки чому газ подрібнюється на мілкі бульбашки розміром до 50 мкм. Подача кисню автоматично регулюється за концентрацією розчиненого кисню в муловій суміші. Підрахунки показали, що відкриті окситенки «Марокс» за інших рівних умов дешевше від звичайних аеротенків, біофільтрів, і навіть біофільтрів, вентильованих киснем.

Слід однак відмітити, що не дивлячись на досить широке застосування окситенків, біохімічні процеси, які в них відбуваються, ще не зовсім вивчені. Зокрема вимагає пояснення явище зменшення приросту біомаси мулу в порівнянні з приростом її в звичайних аеротенках. Не встановлена суть впливу підвищених концентрацій розчиненого кисню на ферментативну активність бактеріальної клітини, не достатньо даних по мікробіологічній характеристиці активного мулу окситенків тощо.

348

Рис. 10.51. Окситенк системи «Марокс»:

а) - загальний вигляд: 1 - резервуар; 2 - подача рециркуляційного мулу; 3 - подача стічний вод; 4 - подача кисню; 5 - датчик розчиненого кисню; 6 - приводи дифузорів; 7 - відведення мулової суміші у вторинні відстійники; 8 - дифузор; б) - дифузор, що обертається: 1 - вал з отвором; 2 - лопатки для перемішування; 3 - пористі пластини

Розрахунок окситенків здійснюється за тими самими формулами, які використовуються при розрахунку звичайних аеротенків. При цьому доза му-

лу в окситенках приймається рівною ai =5-12 г/л, концентрація розчиненого кисню Co = 6-12 мг/л, муловий індекс зменшується в 1,3-1,4 рази, а коефіцієнт приросту мулу складає Kg = 0,25 [10, 15].

10.8.4. Шахтні і вежні аеротенки

Шахтний аеротенк, який був вперше запропонований англійською фірмою ICI, являє собою свердловину чи шахтний ствол глибиною 30-150 м і діаметром 0,25-10 м. У шахту опущена труба, яка ділить простір шахти на зону з низхідним (центральна труба) і зону з висхідним (міжтрубний простір) рухом рідини (рис. 10. 52). При запуску аеротенка в роботу на глибині 20-30 м у зону з висхідним рухом рідини компресором подається повітря. Завдяки ерліфтному ефекту в шахті виникає циркуляція рідини. При швидкості руху рідини в низхідному потоці більше 0,8 м/с у центральну трубу компресором починають подавати повітря в кількості не більшій 30 % від витрати рідини, що гарантує транспортування бульбашок повітря до дна шахти. По мірі просування потоку вниз шахти відбувається збільшення гідростатичного тиску і, як наслідок цього, розчинення повітря в муловій суміші. На будь-якій глибині шахти ступінь насичення рідини киснем буде відповідати гідростатичному тиску у даній точці. У висхідному ж потоці по мірі зменшення тиску відбувається виділення пухирців повітря з розчину.

349

Рис. 10.52. Шахтний аеротенк із ерліфтною циркуляцією:

1 - подача стічних вод; 2 - зворотний активний мул; 3 - центральна труба; 4 - відвід мулової суміші; 5 - міжтрубний простір

При підвищених концентраціях розчиненого кисню в шахтному аеротенку можна підтримувати концентрації активного мулу до 20 г/л. Завдяки цьому різко зростає окислювальна потужність споруди, яка перевищує окислювальну потужність звичайних аеротенків у 2-5 разів. За рахунок високого ступеня використання кисню, який досягає 50-70 %, різко зменшуються енергоємність процесу очистки. Підвищені концентрації розчиненого кисню зумовлюють зростання швидкості окислення забруднень, а значить скорочується тривалість очистки, зменшується об’єм споруд і зайняті ними площі. Як і в окситенках, спостерігається значно менший (до 50 %) приріст мулу; активний мул має низький муловий індекс. Однак шахтні аеротенки мають і суттєві недоліки, до яких можна віднести необхідність застосування компресорів для циркуляції мулової суміші та її насичення киснем, висока вартість будівництва (особливо у скельних породах), підвищені вимоги до герметичності й довговічності шахт, труднощі розділення мулової суміші у звичайних відстійниках.

Вперше в колишньому СРСР дослідження шахтних аеротенків були розпочаті в УІІВГ у 1979 році під керівництвом проф. О.П.Сіньова. В результаті була запропонована конструкція шахтного аеротенка з насосною циркуляцією, подачею повітря через водоповітряний ежектор і флотаційним розділенням мулової суміші (рис. 10.53). Ефективність очистки міських стічних вод за цією технологією характеризується високою окислювальною потужністю аеротенка - до 3,8 кг БПК5/(м3.добу), високим ступенем використання кисню (більше 70 %), високою окислювальною спроможністю системи аерації 1-1,5кг О2/(м3.год) і її високою ефективністю - до 4 кг О2/(кВт.год) [26]. При цьому шахтні аеротенки можуть використовуватись як самостійні споруди в режимі неповної чи повної біологічної очистки, а також у режимі продо-

350