14 Ковальчук Очистка стічних вод

шенням концентрації осаду. З іншої сторони, збільшення концентрації осаду робить необхідним застосування більш потужних пристроїв для його перемішування в камері бродіння. Зазвичай концентрація завантажуваного осаду знаходиться в межах 1,5-9 %, хоча відомі випадки зброджування осадів з концентрацією за сухою речовиною і до 12-15 % [13].

Нормальне протікання процесу зброджування осаду характеризується показниками якості мулової води, наведеними у табл. 14.13.

Таблиця 14.13.

Показники якості мулової води при нормальному протіканні процесу зброджування осаду

14.4.2.3. Зброджування осадів у септиках, двоярусних відстійниках і осві- тлювачах-перегнивачах

Септик - це споруда, в якій одночасно відбувається освітлення стічних вод і анаеробне зброджування осаду, що при цьому утворюється.

Перевагами септиків є високий ефект вилучення із стічних вод завислих речовин і простота експлуатації. Тому вони досить широко застосовуються для попереднього освітлення стічних вод зз витратою менш як 25 м3/добу перед подальшою очисткою на полях підземної фільтрації, піщаногравійних фільтрах, у фільтруючих канавах чи колодязях.

Для зменшення виносу із септиків завислих речовин, вони влаштовуються двокамерними чи трикамерними - відповідно при добових витратах очищуваних стічних вод менш як і понад 10 м3/добу.

Типові септики влаштовуються із залізобетону. Можливе також влаштування септиків із цегли, каменю, деревини тощо.

На рис. 14.21 наведена схема двокамерного септика із залізобетонних кілець діаметром 2000 мм. Впуск і випуск води в ньому здійснюються за допомогою трійників, нижні кінці яких занурені в рідину нижче кірки, а верхні - відкриті й доступні для прочистки. Вода надходить з однієї камери септика в іншу через затоплені отвори в стінках. Для затримання плаваючих речовин перед відвідною трубою встановлюється спеціальний щит, верхня частина якого височіє над рівнем води в септику не менш ніж на 20 см. Для вивантаження осаду в камерах септика влаштовуються люки-лази, вентиляція камер здійснюється за допомогою вентиляційних стояків.

501

Рис. 14.21. Двокамерний септик із залізобетонних кілець:

1 - осад; 2 - відстійна зона; 3 - підвідний трубопровід; 4 - вентиляційний стояк; 5 - люк для вивантаження осаду; 6 - кірка; 7 - перепускна трубка; 8 - щит для затримання плаваючих домішок; 9 - випускний трубопровід; 10 - драбина; 11 - залізобетонні кільця

Об’єм зони відстоювання септиків визначається з розрахунку 3-х добового перебування стічних вод при їх витраті до 5 м3/добу і 2,5-добового перебування - при витраті понад 5 м3/добу.

Тривалість перебування осаду в септиках становить 6-12 місяців. Внаслідок безперервного надходження свіжих порцій осаду, в септиках відбувається лише перша фаза - кисле бродіння. При цьому розпад сухої речови-

502

ни осаду складає біля 30 %, середня вологість збродженого осаду - 90 %, хоча у нижніх шарах він ущільнюється до водогості 85 %. Гази бродіння піднімають на поверхню септика частинки осаду, що призводить до утворення ущільненої кірки товщиною 0,35-0,4 м, а іноді й до 1 м. Осад із септиків видаляється за допомогою насосів (приблизно 20 % осаду залишають в якості «затравки»).

Стічні води, що виходять із септика, набувають неприємного запаху сірководню й аміаку, мають слабокислу реакцію (рН < 7). Подальша їх біологічна очистка більш утруднена, ніж очистка свіжих стічних вод.

Двоярусні відстійники застосовуються на очисних станціях продуктивністю до 10000 м3/добу для попереднього освітлення стічних вод і одночасного анаеробного зброджування утворюваного осаду, а також надлишкової біоплівки чи надлишкового активного мулу.

Звичайно це круглі (іноді прямокутні) в плані споруди з конічним (пірамідальним) дном. У верхній частині споруди розміщені відстійні жолоби, нижня частина (мулова чи септична камера) виконує функції камери бродіння (рис. 14.22).

Впуск і випуск стічних вод у жолоби здійснюється, як і в звичайних горизонтальних відстійниках - через впускний і випускний лотки з напівзануреними дошками. Осад, який випадає на похилі стінки нижньої частини жолобів (кут похилу до горизонту понад 50°), самовільно сповзає до щілин у дні й провалюється в мулову камеру. Щілини мають ширину 0,15 м і перекриваються продовженням однієї із похилих стінок на 0,15 м, для запобігання надходженню в жолоб газів бродіння. Тривалість освітлення стічних вод у відстійних жолобах складає 1,5 год, а ефективність їх освітлення - 40-50 %. Для підвищення ефективності освітлення стічних вод жолоби двох сусідніх двоярусних відстійників влаштовують спареними.

На відміну від септиків, у мулових камерах двоярусних відстійників відбувається метанове зброджування осаду в психрофільних умовах. Тривалість зброджування становить 60-120 діб, а розпад беззольної речовини осаду - 40 %. Надлишкова біоплівка чи надлишковий активний мул подаються для зброджування безпосередньо в мулову камеру. За значного впливу температури на перебіг процесів зброджування необхідно здійснювати заходи по запобіганню переохолодження мулової частини двоярусних відстійників.

За середньорічної температури повітря менш як 3,5 °С двоярусні відстійники пропускною здатністю до 500 м3/добу повинні розміщуватись в опалюваних приміщеннях, а при середньорічній температурі повітря від 3,5 до 6 °С і пропускній здатності до 100 м3/добу - в неопалюваних приміщеннях [7]. Розміщені на відкритому повітрі двоярусні відстійники взимку перекривають дерев’яними щитами.

503

Рис. 14.22. Двоярусний відстійник:

1 - випуск збродженого осаду; 2 - напівзанурена дошка; 3 - відстійний жолоб; 4 - щілина; 5 - мулова камера; 6 - подача очищуваних стічних вод; 7 - відведення очищених стічних вод

504

Перемішування осаду в мулових камерах двоярусних відстійників здійснюється лише за рахунок бульбашок газів бродіння, які піднімаються на поверхню споруди. Осад, який знаходиться у нижніх шарах мулової камери, практично не перемішується, що уповільнює процес його зброджування, злежується й ущільнюється під дією власної ваги до вологості 85 %. Середня вологість осаду, який випускається з споруди під гідростатичним тиском, складає 90 %.

Частинки осаду, що піднімаються газами бродіння на поверхню двоярусного відстійника, утворюють кірку на поверхні, не зайнятій відстійними жолобами. Взимку вона утеплює споруду, але, досягаючи великої товщини, заважає нормальній експлуатації, перешкоджає газовиділенню. Тому кірку періодично розбивають і занурюють у воду. Для запобігання швидкому накопиченню кірки, площа, не зайнята відстійними жолобами, повинна складати не менш як 20 % загальної площі дзеркала води, а відстань між стінками сусідніх відстійних жолобів - не менш як 0,5 м.

Розроблені типові двоярусні відстійники із збірного залізобетону діаметром 9 і 12 м (табл. 14.14).

Таблиця 14.14

Основні розміри та розрахункові об’єми двоярусних відстійників із збірного залізобетону

Двоярусні відстійники, які були запропоновані К.Імгофом ще в 1906 р., завдяки простоті конструкції й експлуатації отримали велике поширення в нашій країні та за кордоном. Однак двоярусним відстійникам властиві значні недоліки, якими є: велика глибина споруд, що збільшує вартість їх будівництва, особливо у скельних грунтах і при високому рівні грунтових вод; необхідність розміщення споруд в опалюваних будівлях у районах із низькими зимовими температурами; можливість зменшення до 30 % ефекту освітлення стічних вод через проникання в жолоби газів бродіння і частинок збродженого осаду; можливість забивання щілин у жолобах «зверху» при високій концентрації завислих речовин у стічних водах; можливість забивання щілин жолобів «знизу» кіркою, що утворюється на поверхні; ущільнення осаду в нижній частині мулової камери до вологості 85 %, при якій процеси зброджування значно уповільнюються.

505

Подальшим розвитком конструкції двоярусних відстійників є освіт- лювачі-перегнивачі, розроблені у Ленінградському інженерно-будівельному інституті під керівництвом проф. С.М.Шифріна.

Освітлювач-перегнивач - це споруда, яка складається з освітлювача з природньою аерацією, що концентрично розміщується усередині перегнивача.

Принцип роботи, конструкція та основні технологічні параметри освітлювачів із природною аерацією були розглянуті раніше в розділі 6.7.

Осад із освітлювача під гідростатичним тиском самопливом надходить в насосну станцію і подається далі у перегнивач по напірному трубопроводу, який закінчується над перегнивачем двома напівкільцевими трубопроводами із сприсками, направленими під кутом 45° до поверхні осаду. Цей же трубопровід служить для перемішування вмісту перегнивача та запобігання утворенню кірки на його поверхні. Для щоденного перемішування на протязі 3-4 годин осад відбирають із перегнивача за допомогою мулового трубопроводу (рис. 14.23).

У порівнянні з двоярусними відстійниками освітлювачі-перегнивачі мають суттєві переваги, які полягають у наступному:

1. Освітлювач і перегнивач відділені один від одного, що виключає можливість попадання зброджуваного осаду в зону освітлення і забезпечує зниження концентрацій завислих речовин у стічних водах на 70 % і БПКповн на 15 %;

2.Перемішування осаду в перегнивачі сприяє інтенсифікації його зброджування, унеможливлює утворення кірки на поверхні й ущільнення осаду в нижній частині перегнивача.

Надлишкова біоплівка чи надлишковий активний мул подаються для зброджування безпосередньо в мулову частину споруди. Тривалість перебування осаду в перегнивачі визначається його вологістю, температурою зброджування і складає 20-140 діб (за вологості осаду 95 % доза завантаження складає 0,72-5 %).

Завдяки розміщенню освітлювача усередині перегнивача (так само, як і відстійних жолобів у двоярусних відстійниках) температура осаду в осві- тлювачах-перегнивачах відповідає температурі очищуваних стічних вод.

Таблиця 14.15

Основні розміри та розрахункові об’єми освітлювачів-перегнивачів із збірного залізобетону

506

Рис. 14.23. Освітлювач-перегнивач:

1 - подаючий лоток; 2 - сприски; 3 - лоток освітлених стічних вод; 4 - центральна труба; 5 - карман для збору плаваючих домішок; 6 - напірний трубопровід для перемішування осаду; 7 - відведення освітлених стічних вод; 8 - камера флокуляції; 9 - зона освітлення; 10 - відбивальний конус; 11 - перегнивач; 12 - випуск осаду з освітлювача; 13 - випуск збродженого осаду; 14 - муловий колодязь

507

Типові освітлювачі-перегнивачі мають діаметр 9, 12 і 15 м (табл. 14.15) і компонуються у вузли з двох чи чотирьох споруд.

14.4.2.4. Зброджування осадів у метантенках

Метантенки - це резервуари для анаеробного зброджування сирого осаду, надлишкового активного мулу чи біоплівки, а також їх сумішей. На відміну від двоярусних відстійників і освітлювачів-перегнивачів у метантенках здійснюється підігрівання осадів до 33 чи 53 °С, їх інтенсивне перемішування та утилізація утворюваного біогазу.

Перші метантенки з механічним перемішуванням і обігріванням, які стали прообразом сучасних споруд, з’явилися в 1925-1926 рр. в Англії, у Рурському Союзі (м. Ессен-Релінгхауз, Німеччина), а також в м. Антіго (штат Вісконсин, США). Перший вітчизняний дослідний метантенк об’ємом 394 м3 був побудований у 1928 р. в Москві на Люберецьких полях фільтрації. У наш час метантенки експлуатуються на переважній більшості міських очисних станцій.

Використовуються різноманітні конструкції метантенків, які відрізняються конструктивними ознаками (конструкцією перекриття, формою), матеріалом із якого виготовлені, способами підігрівання осаду і його перемішування тощо.

Найчастіше метантенки виготовляються із залізобетону чи металу й мають об’єм від декількох сотень до 15 тис. м3. Так, наприклад, у ФРН на очисній станції Гамбург Кєльбрандхєфт експлуатуються 10 метантенків об’ємом по 8 тис. м3 кожен, на станції Дюссельдорф-Південь - 3 метантенки об’ємом по 12 тис. м3 [22], на станції Боттроп - 4 метантенки об’ємом по 15

тис. м3 [23].

Характерною особливістю є конструкція перекриття метантенків. Найчастіше вони будуються з нерухомим незатопленим перекриттям, однак цій конструкції властиві певні недоліки, пов’язані із зміною тиску усередині споруди. Так, при вивантаженні збродженого осаду, усередині метантенка може виникати вакуум, а при завантаженні осаду - підвищуватись тиск, що є причиною можливої появи тріщин у залізобетонному перекритті. Крім того, при утворенні вакууму в газовий простір метантенка засмоктується повітря, яке утворює з біогазом вибухову суміш. Хоча тиск газу регулюється мокрим газгольдером, який підтримує в газовій лінії і усередині метантенка тиск в межах 1,5-2,5 КПа, повністю уникнути вказаних недоліків неможливо.

Ці причини викликали появу нових конструкцій метантенків із так званим плаваючим перекриттям, яке виготовляється з металу чи залізобетону і занурюється на 0,5-0,6 м в мулову рідину (рис. 14.24, а). Такий гідрозатвор перешкоджає виходу газу з метантенка назовні. За рахунок повільного руху

508

(за допомогою роликів) перекриття відносно стінок споруди вдається підтримувати постійний тиск біогазу під ковпаком перекриття при зміні наповнення метантенка. Іноді плаваюче перекриття влаштовують у вигляді газгольдера (рис. 14.24, б). Така конструкція є більш простою і економічною в експлуатації оскільки при цьому відпадає необхідність у будівництві окремо розміщених газгольдерів і комунікацій до них, забезпечується блокування споруд. Однак недоліком метантенків із плаваючим перекриттям є створення умов для підсихання осаду та утворення кірки під ковпаком.

Рис. 14.24. Метантенки з плаваючим перекриттям (а) і з перекриттям у вигляді газгольдера (б)

Рис. 14.25. Застосовувані конструкції метантенків:

а) - з нерухомим незатопленим перекриттям; б) - із нерухомим затопленим перекриттям; в) - із плаваючим перекриттям

509

Рис. 14.26. Залізобетонні метантенки очисної станції Галле-Норд (ФРН)

Рис. 14.27. Металеві метантенки очисної станції м. Ясло (Польща)

510