14 Ковальчук Очистка стічних вод

багатьох випадках для видалення важкоокислюваних і неокислюваних органічних забруднень, іонів важких металів і інших забруднень, що не видаляються біохімічним шляхом.

Для доочистки біологічно очищених стічних вод використовуються наступні основні методи:

1. Фільтрування через сітчасті фільтри (мікрофільтри, барабанні сітки);

2.Фільтрування через зернисті завантаження (пісок, керамзит, антрацит, вугілля, спінений полістирол);

3.Доочистка в біоставках;

4.Фізико-хімічна доочистка, для якої, крім вже згаданих вище методів фізи- ко-хімічної очистки стічних вод, застосовують також методи іонного об-

міну і гіперфільтрації.

Ефективність різних способів очистки стічних вод наведена в таблиці

3.1.

При очистці чи доочистці стічних вод будь-яким із розглянутих методів утворюються осади (шлами), в яких сконцентрована основна маса домішок і забруднень, вилучених із стічних вод.

Крупні покидьки з решіток вивозяться на звалища, спалюються, або після подрібнення спрямовуються в метантенки для наступного зброджування разом з іншими осадами очисної станції. Осад із піскоуловлювачів, що вміщує пісок і інші мінеральні домішки, подається на піскові майданчики де зневоднюється в природних умовах і далі вивозиться для утилізації.

Сирий осад первинних відстійників вміщує до 60 % всіх нерозчинних домішок стічних вод. Вміст органічної речовини у сирому осаді складає в середньому 30 %. У сирому осаді міститься велика кількість яєць гельмінтів і хвороботворних бактерій. При біологічній очистці стічних вод в аеротенках утворюється надлишковий активний мул, а на біофільтрах - надлишкова біо-

71

плівка. У складі сухої речовини цих осадів 70-80 % - це органічна речовина, з якої приблизно половина - це білкові продукти. Значна кількість осадів утворюється при фізико-хімічній очистці стічних вод. Крім забруднень, що вилучаються із стічних вод, такі осади містять також ще і гідроксиди алюмінію чи заліза, інші сполуки, що утворюються в процесі реагентної обробки.

Сирий осад первинних відстійників, надлишковий активний мул і надлишкова біоплівка легко загнивають з утворенням неприємних запахів, надзвичайно небезпечні у санітарно-гігієнічному відношенні, погано зневоднюються, мають високу вологість, значні об’єми і тому потребують спеціальної обробки, передусім стабілізації. Загальна кількість осадів, що утворюються на міських очисних станціях, складає 1-3 % від витрати очищуваних стічних вод.

Основними методами обробки осадів міських стічних вод є їх ущільнення, стабілізація, кондиціонування, зневоднення, термічне сушіння і спалювання.

Ущільнення здійснюють з метою зниження вологості, об’єму і маси сирих осадів. Звичайно ущільнюють надлишковий активний мул, який має вологість 99,2-99,7 % (концентрація сухої речовини 3-8 г/л). Вологість ущільненого мулу складає 94-98 %. В окремих випадках ущільнюють суміш надлишкового активного мулу і сирого осаду. Для ущільнення використовують гравітаційні і флотаційні методи, а також згущення у полі відцентрових сил на центрифугах і сепараторах.

Стабілізація (мінералізація) осадів здійснюється з метою запобігання їх загниванню, а також зменшення маси сухої речовини за рахунок мінералізації (розкладання) частини органічних речовин осаду.

Основними методами стабілізації осадів їх анаеробне зброджування, аеробна, хімічна чи високотемпературна стабілізація.

Анаеробне зброджування осадів здійснюється в метантенках, двоярусних відстійниках, перегнивачах. В результаті зброджування під дією анаеробних мікроорганізмів розкладається до 40-50 % органічної речовини осаду з

утворенням метану CH4 і вуглекислоти CO2 . Органічна речовина, що ли-

шилась, стає стабільною.

Аеробна стабілізація осадів здійснюється в спорудах, які називаються аеробними стабілізаторами. При інтенсивній аерації активного мулу чи його суміші з сирим осадом первинних відстійників відбувається біохімічне окислення частини органічних речовин осаду (30-40 %), внаслідок чого він стає стабільним.

Хімічна стабілізація полягає у змішуванні осадів з вапном. Внаслідок цього рН осадів зростає до 11,5, що призводить до припинення біохімічних процесів їх загнивання. Стабілізація осадів може досягатись також їх хлору-

72

ванням чи витримуванням протягом певного часу при підвищених температурах.

Кондиціонування сирих чи стабілізованих осадів здійснюють з метою покращання їх водовіддаючих властивостей. З цією метою осади піддають промиванню, обробці коагулянтами чи флокулянтами, високотемпературній обробці, заморожуванню-таненню.

Зневоднення здійснюють шляхом природного підсушування стабілізованих осадів на мулових майданчиках до вологості 80-85 % чи шляхом механічного зневоднення попередньо кондиціонованих стабілізованих чи сирих осадів на вакуум-фільтрах, фільтр-пресах або центрифугах до вологості

65-75 %.

При необхідності, для додаткового зниження вологості осадів до 5- 40 % після їх механічного зневоднення, застосовується термічне сушіння осадів у спеціальних сушарках. Спалювання осадів у спеціальних печах здійснюється при неможливості їх утилізації, нестачі територій для заховання чи при наявності в осадах токсичних домішок.

3.2. Технологічні схеми очисних споруд

Очисна станція є комплексом споруд, пристроїв і комунікацій, які служать для очистки стічних вод, обробки утворюваних при цьому осадів, а також допоміжних об’єктів, необхідних для здійснення, управління і контролю технологічних процесів, створення відповідних умов роботи обслуговуючого персоналу, забезпечення станції електроенергією, теплом, матеріалами і реагентами.

Комплекс споруд для очистки стічних вод і обробки осадів, розміщений у певній технологічній послідовності, називають технологічною схемою. Звичайно технологічна схема включає в себе споруди для механічної і біологічної очистки, доочистки і знезаражування стічних вод, обробки осадів (рис. 3.1). Технологічна схема очистки стічних вод приймається у відповідності до норм проектування окремих споруд і техніко-економічних розрахунків в залежності від:

-складу та властивостей стічних вод;

-необхідного ступеня очистки стічних вод;

-продуктивності очисної станції;

-потужності водойми, в яку скидаються очищені стічні води;

-методу утилізації утворюваних осадів;

-місцевих умов (геології, рівня грунтових вод, рельєфу місцевості, розмірів майданчика під очисні споруди й розмірів санітарно-захисної зони, наявності джерел енергопостачання, комунікацій тощо).

73

Рис. 3.1. Блок-схема процесу очистки міських стічних вод:

1 - очищувані стічні води; 2 - очищені стічні води; 3 - осади, утворювані в процесі очистки стічних вод

Споруди для очистки стічних вод розміщуються за висотою на майданчику очисних споруд таким чином, щоб очищувані стічні води із однієї споруди в іншу надходили самопливом.

Не зважаючи на значний діапазон можливих продуктивностей очисних станцій, відомі коливання складу та властивостей стічних вод і зміни необхідного ступеня їх очистки, різноманітні місцеві умови, існує однак декілька найбільш уживаних технологічних схем очистки міських стічних вод, які будуть розглянуті нижче.

Найпростіша з них - технологічна схема очистки міських стічних вод у природних умовах, зображена на рис. 3.2. Вона застосовується при витратах очищуваних стічних вод до 10000 м3/добу при наявності достатніх розмірів майданчика під очисні споруди (табл. 3.2).

74

Рис. 3.2. Технологічна схема очистки стічних вод у природних умовах:

1 - очищувані стічні води; 2 - решітка; 3 - покидьки; 4 - піскоуловлювач; 5 - технічна вода; 6 - двоярусний відстійник (освітлювач-перегнивач); 7 - насосна станція; 8 - поля фільтрації (біоставки); 9 - змішувач; 10 - хлораторна; 11 - контактний резервуар; 12 - очищені стічні води; 13 - осад з контактного резервуару; 14 - стабілізований осад; 15 - муловий майданчик; 16 - зневоднений осад; 17 - дренажна вода; 18 - зневоднений пісок; 19 - пісковий майданчик; 20 - піщана пульпа

Попередня механічна очистка стічних вод від крупних покидьків, піску і нерозчинних осаджуваних домішок здійснюється послідовно на решітках, у піскоуловлювачах і в двоярусних відстійниках чи освітлювачахперегнивачах, у яких одночасно з освітленням стічних вод відбувається анаеробне зброджування затримуваного осаду. Затримувані покидьки утилізуються шляхом заховання у грунт, пісок підсушується на піскових майданчиках, стабілізований осад із двоярусних відстійників чи освітлювачів-перегнивачів підсушується на мулових майданчиках.

Основним елементом технологічної схеми, що розглядається, є споруди для повної біологічної очистки стічних вод у природних умовах: поля фільтрації (зрошення) чи біологічні ставки.

На полях фільтрації біологічна очистка відбувається при фільтруванні стічних вод через шар грунту. У верхньому його прошарку товщиною до 0,3 м, в який проникає атмосферний кисень, розвиваються аеробні мікроорганізми, що окислюють органічні речовини стічних вод. Очищені стічні води відводяться через дренажну систему. В окремих випадках стічні води повніс-

75

тю фільтруються в грунт, тобто скидання очищених стічних вод у водойми немає.

У біологічних ставках біологічна очистка стічних вод здійснюється завдяки процесам, аналогічним до тих процесів, які відбуваються при самоочищенні водойм. Органічні речовини окислюються бактеріями, в процесах очистки стічних вод приймають участь також водорості, найпростіші, вища водна рослинність.

Для знезаражування біологічно очищені стічні води змішують з хлором і витримують у контакті з ним протягом 30 хв у контактних резервуарах. Утворюваний при цьому осад подається на мулові майданчики. При хорошій

Рис. 3.3. Технологічна схема очистки стічних вод із застосуванням аеротенків продовженої аерації:

1 - очищувані стічні води; 2 - решітка; 3 - покидьки; 4 - піскоуловлювач; 5 - аеротенк продовженої аерації; 6 - повітродувна станція; 7 - технічна вода; 8 - вторинний відстійник; 9 - насосна станція; 10 - змішувач; 11 - хлораторна; 12 - контактний резервуар; 13 - очищені стічні води; 14 - осад з контактного резервуару; 15 - надлишковий активний мул; 16 - зворотний активний мул; 17 - мулозгущувач; 18 - мулова вода; 19 - ущільнений надлишковий активний мул; 20 - муловий майданчик; 21 - зневоднений осад; 22 - дренажна вода; 23 - зневоднений пісок; 24 - пісковий майданчик; 25 - піщана пульпа

76

роботі полів фільтрації відбувається практично повне знезаражування стічних вод, і їх хлорування можна не передбачати.

При витратах очищуваних стічних вод до 10000 м3/добу, коли відсутні площі для влаштування полів фільтрації чи біологічних ставків, очистку здійснюють за схемами, наведеними на рис. 3.3 і 3.4.

Рис. 3.4. Технологічна схема очистки стічних вод із застосуванням біофільтрів:

1 - очищувані стічні води; 2 - решітка; 3 - дробарка; 4 - піскоуловлювач; 5 - технічна вода; 6 - двоярусний відстійник (освітлювач-перегнивач); 7 - насосна станція; 8 - біофільтр; 9 - вторинний відстійник; 10 - змішувач; 11 - хлораторна; 12 - контактний резервуар; 13 - очищені стічні води; 14 - рециркуляційна вода; 15 - осад з контактного резервуару; 16 - надлишкова біоплівка; 17 - муловий майданчик; 18 - зневоднений осад; 19 - дренажна вода; 20 - зневоднений пісок; 21 - пісковий майданчик; 22 - стабілізований осад; 23 - піщана пульпа

У відповідності до технологічної схеми, наведеної на рис. 3.3, повна біологічна очистка попередньо не освітлених стічних вод здійснюється в аеротенках продовженої аерації так званим активним мулом - біоценозом аеробних мікроорганізмів (головним чином бактерій), який утворює скупчення у вигляді пластівців. В таких аеротенках одночасно з окисленням розчинних і колоїдних органічних забруднень відбувається також і біохімічне окислення частини беззольної речовини нерозчинних грубодисперсних домішок, внаслідок чого надлишковий активний мул стає стабільним і подається для підсушування на мулові майданчики після ущільнення в мулозгущувачах без будь-якої додаткової стабілізації.

77

Гравітаційне відділення активного мулу від очищених стічних вод здійснюється у вторинних відстійниках, звідки він перекачується знову в аеротенки, де приймає участь в очистці нових порцій стічних вод (зворотний чи рециркуляційний мул). Для біологічної очистки стічних вод за розглядуваною схемою можна застосовувати аеротенки-відстійники, тобто аеротенки із вбудованими вторинними відстійниками. У цьому випадку у технологічній схемі може бути відсутній мулозгущувач, а надлишковий активний мул - направлятися безпосередньо на мулові майданчики.

На рис. 3.4 зображена технологічна схема, в якій повна біологічна очистка стічних вод здійснюється на біофільтрах.

Біофільтр - це споруда для біологічної очистки стічних вод, у якій аеробні мікроорганізми-мінералізатори у вигляді тонкої біологічної плівки закріплюються на поверхні спеціального завантаження (гравій, щебінь, листи пластмаси й ін.), у пори якого надходить повітря. Стічні води зазнають біологічної очистки, рухаючись по поверхні завантаження, вкритого біоплівкою, зверху-вниз біофільтра у вигляді окремих краплин, струминок чи плівок. У необхідних випадках на біофільтрах здійснюється рециркуляція очищених стічних вод. Рециркуляційна вода забирається із каналу після вторинних відстійників і змішується із стічними водами, які подаються на біофільтр.

Відпрацьована надлишкова біоплівка у вигляді окремих фрагментів відривається від поверхні завантаження і виноситься очищеною водою у вторинні відстійники. Затримана там біоплівка перекачується в камери бродіння двоярусних відстійників чи освітлювачів-перегнивачів, де піддається анаеробному зброджуванню. Там же відбувається і часткова мінералізація покидьків, які після вилучення із стічних вод подрібнюються, знову скидаються в канал перед решіткою, проходять піскоуловлювачі і далі затримуються у двоярусних відстійниках чи освітлювачах-перегнивачах.

Слід підкреслити, що у розглядуваній схемі замість біофільтрів також можна застосовувати і аеротенки. У цьому випадку із вторинного відстійника необхідно перекачувати в аеротенки зворотний активний мул, а надлишковий активний мул, як і надлишкову біоплівку, подавати у камери бродіння двоярусних відстійників чи освітлювачів-перегнивачів.

Технологічна схема очистки стічних вод, наведена на рис. 3.5, має найбільше поширення на вітчизняних міських очисних станціях середньої і великої продуктивності.

У відповідності до розглядуваної схеми механічна очистка стічних вод здійснюється на решітках, у піскоуловлювачах і у первинних відстійниках. Повна біологічна очистка стічних вод здійснюється в аеротенках.

Якщо досягнутий ступінь очистки стічних вод виявляється недостатнім для їх безперешкодного скиду у водойму, біологічно очищені води піддають додатковій очистці. Звичайно доочистку стічних вод здійснюють на

78

зернистих фільтрах, а промивну воду фільтрів перекачують на початок очисних споруд.

Сирий осад первинних відстійників перекачується в метантенки, де піддається анаеробному зброджуванню разом з ущільненим надлишковим активним мулом. Біогаз, утворюваний в процесі зброджування осадів, збира-

Рис. 3.5. Технологічна схема очистки стічних вод із застосуванням аеротенків:

1 - очищувані стічні води; 2 - решітка; 3 - дробарка; 4 - піскоуловлювач; 5 - первинний відстійник; 6 - технічна вода; 7 - насосна станція; 8 - повітродувна станція; 9 - аеротенк; 10 - вторинний відстійник; 11 - промивна вода; 12 - станція доочистки стічних вод; 13 - змішувач; 14 - хлораторна; 15 - контактний резервуар; 16 - очищені стічні води; 17 - осад з контактного резервуару; 18 - надлишковий активний мул; 19 - зворотний активний мул; 20 - ущільнений надлишковий активний мул; 21 - мулозгущувач; 22 - мулова вода; 23 - сирий осад з первинного відстійника; 24 - метантенк; 25 - гаряча вода (пара); 26 - котельня; 27 - газгольдер; 28 - біогаз; 29 - зброджений осад; 30 - муловий майданчик; 31 - зневоднений осад; 32 - дренажна вода; 33 - зневоднений пісок; 34 - пісковий майданчик; 35 - піщана пульпа

79

ється в газгольдерах, звідки надходить у котельну, де спалюється. Це покриває частину потреб очисної станції у теплі для підтримання оптимального температурного режиму в метантенках і опалення будівель.

У розглядуваній технологічній схемі замість метантенків можна використовувати аеробні стабілізатори, в яких стабілізації частіше всього піддається суміш надлишкового активного мулу і сирого осаду первинних відстійників. У цьому випадку біогаз не утворюється, не потрібні газгольдери, але котельна влаштовується для опалення будівель очисної станції. Замість мулових майданчиків у технологічній схемі можуть використовуватись споруди для механічного зневоднення осаду (вакуум-фільтри, фільтр-преси, центрифуги).

На середніх очисних станціях при витратах очищуваних стічних вод до 50000 м3/добу біологічна очистка стічних вод замість аеротенків може здійснюватись на біофільтрах. Основні елементи цієї технологічної схеми подібні до попередньої, але з неї виключаються мулозгущувачі. Вологість

Рис. 3.6. Технологічна схема фізико-хімічної очистки стічних вод:

1 - очищувані стічні води; 2 - решітка; 3 - дробарка; 4 - піскоуловлювач; 5 - змішувач; 6 - реагентне господарство; 7 - технічна вода; 8 - відстійник (освітлювач чи флотаційна камера); 9 - насосна станція; 10 - фільтр; 11 - промивна вода; 12 - хлораторна; 13 - контактний резервуар; 14 - очищені стічні води; 15 - осад з контактного резервуару; 16 - реагентний осад; 17 - споруди для зневоднення осаду; 18 - зневоднений осад; 19 - дренажна вода; 20 - зневоднений пісок; 21 - пісковий майданчик; 22 - піщана пульпа

80