14 Ковальчук Очистка стічних вод

Рис. 10.53. Шахтний аеротенк з насосною циркуляцією:

1 - подача стічних вод; 2 - циркуляційний насос; 3 - водоповітряний ежектор; 4 - шахтний аеротенк; 5 - мулова суміш; 6 - флотаційний муловідокремлювач; 7 - рециркуляційний ак-тивний мул; 8 - очищені стічні води; 9 - насос

вженої аерації, чи використовуватись як перший ступінь біологічної очистки перед аеротенками-витиснювачами або біофільтрами.

На відміну від шахтних аеротенків, вежні (колонні) аеротенки споруджуються вище рівня землі й можуть мати висоту 15-30 м та діаметр 2-26 м. Прикладом вежного аеротенка (рис. 10.54) є сталевий критий аеротенк фірми «Баєр» (ФРН). Завдяки підвищеній розчинності кисню при висоті зони аерації до 30 м кількість повітря, що подається, у 2-3 рази менша, ніж у звичайному аеротенку з пневматичною аерацією [27]. Подача повітря в аеротенк здійснюється за допомогою великої кількості водоповітряних ежекторів оригінальної конструкції, що виготовляються з пластмаси чи стійких до корозії матеріалів. При монтажу кожні чотири ежектори об’єднуються з таким розрахунком, щоб

Рис. 10.54. Вежний аеротенк фірми «Баєр»:

1 - подача стічних вод; 2 - подача повітря; 3 - водоповітряні ежектори; 4 - рециркуляційний активний мул; 5 - очищені стічні води; 6 - вторинний відстійник; 7 - зона аерації; 8 - відведення повітря

351

один ежектор припадав на 1-2 м2 поверхні дна аеротенка. При цьому водоповітряна струмина направляється в сторону дна по дотичній, що створює обертовий рух мулової суміші в плані аеротенка для запобігання випаданню активного мулу на пласке дно аеротенка.

На жаль не дивлячись на суттєві переваги, властиві шахтним і вежним аеротенкам, вони не знайшли широкого застосування у вітчизняній практиці.

10.8.8. Компактні установки заводського виготовлення

Компактні установки заводського виготовлення використовуються для очистки стічних вод невеликих населених пунктів чи окремо розташованих об’єктів. Як правило, вони являють собою зварну металеву конструкцію із спеціальним антикорозійним покриттям. У залежності від розмірів установки вона може транспортуватись до місця встановлення в готовому вигляді, чи збиратись там із окремих елементів. Окрім власне компактної установки, в комплекс очисних споруд входить виробничо-допоміжна будівля, в якій розміщуються повітродувки та хлораторна. При прив’язуванні проекта до складу очисних споруд додатково включаються решітка, контактний резервуар, мулові майданчики тощо.

Убільшості випадків компактні установки являють собою аеротенкивідстійники, які працюють без первинного освітлення стічних вод у режимі продовженої аерації з мінералізацією активного мулу, що значно спрощує експлуатацію очисних споруд.

Увітчизняній практиці найбільшого поширення набули компактні установки типу КУ, БІО і КУО.

Компактні установки заводського виготовлення типу КУ призначені

для повної біологічної очистки стічних вод з БПКповн до 375 мг/л і концентрацією завислих речовин до 325 мг/л в режимі продовженої аерації (установки КУ-12, -30, -60, і -120) чи в режимі з аеробною стабілізацією надлишкового активного мулу (КУ-200) (табл. 10.12).

В установці КУ-12 стічні води проходять решітку й надходять у зону аерації, де піддаються біологічній очистці активним мулом (рис. 10.55). Далі через систему перегородок мулова суміш надходить у зону відстоювання. Очищені стічні води збираються в лоток і відводяться з установки, а активний мул через нижню щілину відстійника знову надходить у зону аерації. Подача повітря в зону аерації здійснюється за допомогою поверхневого роторного

аератора діаметром 500 мм, який занурюється в мулову суміш на глибину 5- 15 см і обертається з частотою 90 хв-1. Електродвигун і редуктор механічного аератора кріпляться на кронштейнах з боку установки.

352

Таблиця 10.12

Технічна характеристика установок типу КУ [28]

Рис. 10.55. Установка КУ-12 продуктивність 12 м3/добу:

1 - подача стічних вод; 2 -роз- подільний лоток; 3 - аератор; 4 - привід аератора; 5 - водозбірні лотки; 6 - рівень землі; 7 - випуск стічних вод; 8 - зона від-стоювання; 9 - зона аерації

Установка КУ-200 (рис. 5.56) виконана у вигляді металевої ємності, поділеної на три зони: аерації, вторинного освітлення та аеробної стабілізації надлишкового активного мулу. Одна секція компактної установки має продуктивність 200 м3/добу. На очисних спорудах продуктивністю 400 і 700 м3/добу монтуються відповідно дві чи три секції. Кожна секція установки поставляється заводом у вигляді окремих блоків. Після влаштування залізобетонної основи здійснюється монтаж блоків, зварювання і влаштування антикорозійного покриття.

Перед надходженням на установку стічні води проходять решітки і без первинного освітлення надходять в аеротенк, який за режимом роботи може бути віднесений до аеротенків-змішувачів. Через затоплені вікна мулова суміш надходить з аеротенка в зону освітлення вторинного відстійника. Освітлені стічні води збираються лотками й відводяться з установки. Зворотний активний мул ерліфтами перекачується в аеротенк із приямків відстійника. Періодично включаються ерліфти, які перекачують надлишковий активний

353

мул в аеробний стабілізатор, де він стабілізується протягом декількох діб, ущільнюється й далі зневоднюється на мулових майданчиках.

Рис. 10.56. Установка КУ-200 продуктивністю 200 м3/добу:

1 - подача стічних вод; 2 - аеротенк; 3 - система аерації; 4 - ерліфт рециркуляційного активного мулу; 5 - збірний жолоб; 6 - вторинний відстійник; 7 - ерліфт для видалення плаваючих речовин; 8 - аеробний стабілізатор; 9 - випуск мулу; 10 - відвід очищених стічних вод

Установка типу БІО являє собою аеротенк-відстійник, який працює в режимі продовженої аерації (тривалість аерації стічних вод становить біля 24 год). До 1992 р. випускались установки БІО-25, БІО-50 і БІО-100, які монтувались із торцевих і середніх секцій (рис. 10.57). Для об’єктів із витратою стічних вод 200 м3/добу передбачається паралельна робота двох установок БІО-100. У подальшому були розроблені установки БІО-25Т і БІО-50Т, що складаються з однієї типової секції, яка вміщується в залізничному вагоні. Головні технічні характеристики установок БІО наведені у табл. 10.13.

354

Рис. 10.57. Аеротенки-відстійники типу БІО-25 (а), БІО-50 (б), БІО-100 (в):

1 - очищені стічні води; 2 - зубчастий водозлив; 3 - подача повітря; 4 - подача стічних вод; 5 - аератори із дірчастих труб; 6 - регульовані отвори

Практика експлуатації компактних установок типу КУ і БІО виявила деякі їх суттєві недоліки, до яких слід віднести незадовільну роботу в умовах нерівномірного надходження очищуваних стічних вод, випадання піску в аеротенках, низьку надійність повітродувного обладнання [29].

Із закордонних компактних установок, які працюють у режимі продовженої аерації, найбільш відомий аеротенк-відстійник «Рейтед аерейшен» (США). У цій установці очищувані стічні води проходять послідовно решіт- ку-дробарку, камеру аерації, камеру відстоювання, збираються в лоток із зубчастим водозливом і скидаються у водойму (рис. 10.58). Подача в аеротенк повітря здійснюється компресором через купольні дрібнобульбашкові аера-

355

Таблиця 10.13

Технічні характеристики установок типу БІО [29]

тори. За допомогою шарнірного сполучення аератори можна повністю виймати з води для огляду й очистки без перерви в роботі аеротенка. Повітря від компресора подається також у ерліфт рециркуляційного активного мулу.

Рис. 10.58. Компактна установка «Рейтед аерейшн»:

1 - очищені стічні води; 2 - зона відстоювання; 3 - камера аерації; 4 - решітка - дробарка; 5 - аератори; 6 - ерліфт рециркуляційного активного мулу

356

За аналогічною схемою працює англійська установка «Байоджест» у якій стиснене повітря надходить в камеру аерації по гнучких пластмасових трубках. Установка «Байоджест» рекомендується для населених пунктів із населенням 200-250 мешканців. До аеротенків-відстійників можна віднести також установки «Оксиджест», «Діапак», «Біоклар» і інші [17,30].

Останнім часом за кордоном почали широко використовуватись компактні установки, які крім повної біологічної очистки стічних вод забезпечують ще й глибоке вилучення сполук азоту і фосфору. До таких установок відносяться установки «Біоніт», «Аква-М», BIOTAL, установки фірми «Решетілов і Ко» й інші [31].

10.9. Розрахунок аеротенків

Кінцевою метою розрахунку аеротенків є визначення їх об’ємів і витрати повітря, необхідних для досягнення потрібного ступеня очистки, а також об’єму надлишкового активного мулу, який утворюється в процесі очистки та підлягає постійному виведенню з аеротенків.

З моменту виникнення способу біологічної очистки стічних вод активним мулом відбувалося постійне вдосконалення конструкцій аеротенків і накопичення знань, систематизація й узагальнення результатів численних експериментальних досліджень і спостережень за роботою діючих очисних споруд з аеротенками. Розроблялися теоретичні концепції і математичні моделі процесів, що дозволяють пояснити складний комплекс явищ, які відбуваються в аеротенках, і сформулювати основні закономірності, яким підкоряється емпіричний матеріал. Іншими словами, йшло постійне вдосконалення як самих аеротенків, так і методів їх розрахунку. Цей процес нерозривно зв’язаний з іменами К.Н.Королькова, Н.А.Базякіної, Ц.І.Роговської, С.В.Яковлєва, Т.О.Карюхіної, І.В.Скірдова, Л.І.Гюнтер, В.Н.Швєцова, А.О.Бондарєва й ін., а також зарубіжних дослідників - Еккенфельдера, Годі, Маккіні і Лоуренса-Маккарті й ін.

Упідході до розрахунку аеротенків сформувалися два напрямки: використання суто емпіричних залежностей і описування закономірностей біохімічного окислення на основі класичних уявлень ферментативної кінетики. Останньому напрямку нині віддають більшу перевагу, бо він базується на теоретичних закономірностях сучасної біохімії та мікробіології, дозволяє глибше розкрити механізм біохімічних процесів очистки і підійти до створення узагальненого методу розрахунку різноманітних типів аеротенків.

Увітчизняній практиці до 1974 року розрахунок аеротенків здійснювався за СНиП ІІ-Г.6-62, в основі якого лежав емпіричний спосіб розрахунку аеротенків К.Н.Королькова. У наступному СНиП ІІ-32-74 в основу був покладений також емпіричний, так званий узагальнений метод розрахунку аеротен-

357

ків, створений у Московському інженерно-будівельному інституті і НДІ ВОДГЕО. У новому СНиП 2.04.03-85 розрахунок аеротенків здійснюється на основі рівнянь ферментативних реакцій.

10.9.1. Визначення об’єму аеротенків за СНиП 2.04.03-85

Вибір типу аеротенка (аеротенк-витиснювач, аеротенк-змішувач, аеротенк з розосередженим впуском стічних вод) і режиму його роботи (з регенерацією активного мулу або без неї) здійснюється, виходячи з характеру очищуваних стічних вод (природи окислюваних забруднень, їх концентрації, режиму надходження й витрати стічних вод) та необхідного ступеня їх очистки. Згідно СНиП 2.04.03-85 аеротенки-витиснювачі рекомендується застосовувати при відсутності залпових надходжень токсичних речовин, а також на другому ступені двоступінчастих схем. Регенерацію активного мулу слід передбачати при БПКповн очищуваних стічних вод більше 150 мг/л, а також в разі присутності в стічних водах шкідливих виробничих домішок.

Об’єм аеротенків визначається за витратою стічних вод, що надходять на очистку, і тривалістю їх перебування в аеротенках (її називають також періодом чи тривалістю аерації). Враховуючи той факт, що тривалість аерації вимірюється годинами (за діючим СНиП 2.04.03-85 вона не повинна бути менше 2 годин), при розрахунку об’єму аеротенків користуються середньогодинною витратою за період, рівний за тривалістю періоду аерації, протягом якого надходить максимальна від добової витрати кількість стічних вод. Зазвичай розрахункову витрату визначають за таблицями або графіками погодинного притоку протягом доби, які відповідають загальному коефіцієнту нерівномірності притоку стічних вод.

Період аерації є функцією одночасного впливу таких чинників, як вхідна та залишкова концентрації забруднень у стічних водах, доза мулу в споруді, швидкість окислення забруднень активним мулом, режим роботи й гідродинамічні умови в аеротенку тощо.

Визначення періоду аерації за СНиП 2.04.03-85 здійснюється за питомою швидкістю окислення забруднень, яка є функцією умов здійснення процесу. Питома швидкість окислення забруднень визначається за модифікованим рівнянням бісубстратної ферментативної реакції, що враховує вплив продуктів метаболізму активного мулу [32].

Питома швидкість окислення забруднень, у мг БПКповн на 1 г беззольної речовини активного мулу, при температурі 15 °С складає

358

де ρ max - максимальна швидкість окислення забруднень, яка становить для міських стічних вод 85 мг БПКповн/(г.год); Co - концентрація розчиненого кисню, мг/л; Lex - БПКповн очищених стічних вод, мг/л; Kl - константа, що характеризує властивості органічних домішок стічних вод, яка для міських стічних вод становить 33 мг БПКповн/л; Ko - константа, що характеризує вплив кисню, яка складає для міських стічних вод 0,625 мг О2/л;ϕ - коефіцієнт інгібування продуктами розпаду активного мулу, який становить для міських стічних вод 0,07 л/г; ai - доза мулу, г/л.

Рівняння (10.28) справедливе також і для виробничих стічних вод за умови, що для кожного виду стічних вод константи ρ max , Kl , Koϕ, визна-

чаються експериментальним шляхом. Для стічних вод деяких виробництв значення вказаних констант наведені в таблиці 40 СНиП 2.04.03-85.

Питома швидкість окислення забруднень визначається в розрахунку на беззольну речовину, тобто мірою біомаси мулу вважають беззольну речовину мулу, що, звичайно, є припущенням. Як відомо, беззольна частина мулу характеризує біомасу не зовсім точно, оскільки клітинна речовина бактерій та найпростіших має власну зольність (5-7 %) і, крім того, у беззольній частині мулу можуть бути присутніми сторонні органічні речовини, які не є субстанцією клітини. Очевидно також, що дві однакові біомаси мулу аж ніяк не означають рівність числа живих організмів і їх метаболічної активності. Однак на сьогоднішній день не має кращої і більш простої для практики міри біомаси, ніж беззольна речовина активного мулу, а тому і питома швидкість окислення визначається саме по відношенню до цього показника.

Визначення об’єму аеротенків-змішувачів без регенераторів. Як відомо, швидкість окислення забруднень в аеротенках-змішувачах є однаковою у всіх точках споруди і може бути визначена за рівнянням (7.28). Тому період аерації стічних вод в аеротенках-змішувачах можна просто визначати за наступною формулою, яка увійшла в СНиП 2.04.03-85

де Len - БПКповн стічних вод, що надходять в аеротенк, мг/л; s - зольність мулу, частка одиниці, яка для міських стічних вод приймається рівною 0,3; ai

- доза мулу, г/л; Як слідує з рівняння (10.29), із збільшенням дози мулу зменшується

тривалість аерації стічних вод. Однак при цьому доза мулу повинна бути такою, щоб забезпечити необхідну якість освітлення очищеної стічної води у вторинних відстійниках, і визначатись оптимізаційним розрахунком. Практи-

359

ка показує, що при нормальній роботі вторинних відстійників оптимальне значення дози мулу ai складає: 3 г/л - для аеротенків-змішувачів без регене-

раторів, 2-3,5 г/л - для аеротенків-змішувачів із регенераторами, 3-5 г/л - для аеротенків-витиснювачів без регенераторів і 3,5-4,5 г/л - для аеротенківвитиснювачів із регенераторами.

Відомо, що седиментаційна здатність мулу характеризується муловим індексом, який залежить від навантаження на мул, а отже і від дози мулу в аеротенку. Визначення мулового індексу, який відповідає прийнятій дозі мулу, СНиП 2.04.03-85 рекомендується здійснювати методом ітерацій (поступового наближення). Для цього одночасно із дозою мулу апріорно при-

ймається значення мулового індексу ji , яке після розрахунку аеротенка уто-

чнюється за таблицею 41 СНиП 2.04.03-85 (табл. 10.14) в залежності від знайденого навантаження на активний мул, вираженого в мг БПКповн на 1 г беззольної речовини мулу за добу

дньо, то розрахунок аеротенків повторюють при цьому значенні до співпадання прийнятого й отриманого значень Ji .

Оскільки на швидкість окислення крім чинників, зазначених в рівнянні (10.28), впливає також і температура, то це враховується шляхом мно-

ження тривалості аерації при температурі 15 °С на відношення 15 / T (де T - середньорічна температура стічних вод). Вплив таких чинників, як рН і на-

Необхідний об’єм аеротенків-змішувачів без регенераторів визначається за розрахунковою витратою та тривалістю аерації без врахування витрати зворотного активного мулу, адже його змішування із стічними водами, що надходять на очистку, призводить до пропорційного зниження вхідної концентрації забруднень, практично не змінюючи загального навантаження на активний мул,

360