7. Біологічні фільтри

Біологічні фільтри широко використовують для очищення і побутових, і виробничих стічних вод. Як фільтрувального матеріалу для завантаження біофільтрів застосовують шлак, щебінь, керамзит, пластмасу, гравій і т. п. Існують біофільтри з природною подачею повітря; їх застосовують для очищення стічних вод добовим витратою не більше 1000 м3. Для очищення виробниц ¬ дарських стічних вод великих витрат і сильно концентрованих використовують біофільтри з примусовою подачею повітря. Нормальний хід процесу біологічної очистки стічних вод встановлюється після утворення на завантажувальному матеріалі біо ¬ фільтра біологічної плівки, мікроорганізми який адаптує ¬ валися до органічних домішок стічних вод. Період адаптації зазвичай становить 2 ... 4 тижні, хоча в окремих випадках він може досягати декількох місяців. Для оцінки складу стічних вод в процесі біологічного очищення використовують біологічну потребу води в кисні (БПК)-кількість кисню, необхідне для окислення всіх органічних домішок, що містяться в одиниці об'єму стічної води.

8. Аеротенки та оксітенки

Аеротенки, використовувані для очищення великих витрат стічних вод, дозволяють ефективно регулювати швидкість і повноту протікають ¬ кающих в них біохімічних процесів, що особливо важливо для очищення промислових стічних вод нестабільного складу. Окисли ¬ кові потужність аеротенків складає 0,5 ... 1,5 кг/м3 на добу. Залежно від складу домішок стічних вод і необхідної ефективності ¬ ності очищення застосовують аеротенки з дифференцируемой подачею повітря, аеротенки-змішувачі з дифференцируемой подачею стічної води і аеротенки з регенераторами активного мулу. При БПК> 0,5 кг/м3 використовують аеротенки з дифференцируемой зосередженої подачею суміші стічної води і активного мулу на початку споруди. Повітря, інтенсифікує процес окислення органічних домішок, розподіляється рівномірно по всій довжині аеротенках. Диспергування повітря в очищується стічній воді здійснюють механічними або пневматичними аератора ¬ ми. Окислювальна потужність аеротенків істотно залежить від концентрації активного мулу в стічній воді. При очищенні виробничих стічних вод концентрація мулу зазвичай становить 2 ... 3 кг/м3 по сухій речовині.

Оксітенкі забезпечують більш інтенсивний процес окислення органічних домішок в порівнянні з аеротенками за рахунок подачі в них технічного кисню та підвищення концентрації активного мулу. Для збільшення коефіцієнта використання подається в об'єм стічної води кисню реактор оксітенка герметизують. Очищена від органічних домішок стічна вода з реактора по ¬ ступає в ілоотделітель, в якому відбувається виділення з неї відпрацьованого мулу. При проектуванні оксітенков необхідно пре ¬ передбачати заходи щодо забезпечення їх пожаровзривобезопас-ності з урахуванням шкідливих і небезпечних факторів, що мають місце при експлуатації систем з використанням газоподібного кисню.

9.ПОЛЯ ЗРОШЕННЯ Й ФІЛЬТРАЦІЇ ділянки землі, предназнач. для очищення біол. стічних вод від містяться в них забруднень. Поля зрошення відрізняються від полів фільтрації тим, що на них виростають с.-г. культури, а стічна вода використовується для їх зрошення. Поля фільтрації служать тільки для вторинного очищення стічних вод. За сан. законодавства СРСР П. о. і ф. застосовувати для первинної очищення стічних вод не дозволяється. Для зрошення використовують стічні води після очисних станцій.

Поля фільтрації (поля аерації) - ділянка землі, на поверхні якої розподіляють каналізаційні та інші стічні води з метою їх очищення; різновид водоочисної споруди.

На полях фільтрації використовується метод природного біологічного очищення. Міжполівний період використовують для того, щоб пори ґрунту встигали звільнятися від вод і заповнювалися атмосферним повітрям (для створення аеробних умов у ґрунті). Зважені і колоїдні речовини, що містяться в стічній воді, затримуються в ґрунті і за допомогою кисню і мікроорганізмів ґрунту перетворюються в мінеральні з'єднання.

На відміну від полів зрошення виключається можливість вирощування на полях фільтрації сільськогосподарських культур через великі обсяги стічних вод, що проходять через них . Влаштовують на піщаних, супіщаних і суглинних ґрунтах з хорошими фільтраційними властивостями. Складаються з ділянок (карт) з майже горизонтальною поверхнею площею 0,5-2 га, огороджених валами висотою 0,8-1 м. Стічні води, очищені від механічних домішок, жиру, яєць гельмінтів тощо, подаються до карти шаром 20-30 см (взимку наморажівають до 75 см) по відкритих каналах через водовипуски і просочуються через ґрунт.

Поля зрошення ділянки землі, на яких одночасно з очищенням стічних вод відбувається їх утилізація як джерела вологи і освіта органічних добрив для вирощування рослин.

При зрошенні ґрунту стічними водами навколо її частинок утворюється біологічна плівка, на поверхні якої минерализуются органічні забруднення, затримуються і гинуть патогенні бактерії, віруси і гельмінти. Для успішного ходу очищення необхідний належний водно-повітряний режим ґрунтового шару і відповідність кількості і якості стічних вод самоочищуючі властивості ґрунту. Ці умови регулюються величиною навантаження стічних вод на одиницю площі. Розрізняють комунальні та землеробські поля зрошення (ЗПЗ). У зв'язку з епідеміологічною небезпекою комунальні П. о. не отримали великого поширення, а землеробські розглядаються як споруди природного біологічного доочищення стічних вод, які використовуються для зволоження та здобрення ґрунту. Навантаження на землеробські поля зрошення повинна складати від 5 до 25 м³/га в добу Збільшення навантаження ускладнює очищення При цьому патогенні бактерії проникають в грунт на глибину до 25 см і виявляються на овочах протягом 15 діб після поливу.

10. Біологічні ставки — окислювальні (аеробні) й відновні (анаеробні) — дуже поширені при очищенні стічних вод свинарських комплексів у природних умовах. Інтенсифікація знезараження стічних вод у біологічних ставках досягається за допомогою аерування їх мікроводоростями. Останні активно поглинають мінеральні сполуки, підлужують середовище до рН 9—10, що сприяє інгібуванню сапрофітної й патогенної мікрофлори. У біологічних ставках в очищенні стічних вод беруть участь всі організми, що населяють водойму.

Біологічні ставки - це каскад ставків, що складається з 3 ... 5 ступенів, через які з невеликою швидкістю протікає освітлена або біологічно очищена стічна вода. Такі ставки призначені для біологічного очищення стічних вод або доочищення стічних вод у комплексі з іншими очисними спорудами.

Аеробні і анаеробні методи знезараження мас відходів рибопереробного комплексу застосовують при можливості тривалого зберігання в лагунах (відкриті ставки-відстійники), відстійниках-накопичувачах, біологічних ставках, вежах, аеротенках та метантенках. У лагунах відбувається біологічне аеробне або анаеробне розкладання стічних вод. При аеробному розкладанні стічних вод аерується за допомогою турбін-аераторів більше трьох місяців при забезпеченні концентрації кисню 1-2 г / л, а осів осад вичищають раз на 2-3 роки. Система проста, дешева, але при цьому необхідно забезпечити температуру вище 18 ° С (працездатна тільки в літній час), а втрати аміачного азоту в лагуні досягають 90%. При механічній аерації на 1 кг стічних вод потрібно 0,74 м ³ (М'ясного - 0,44 м ³ ) Аеробної лагуни, а в лагунах з природною аерацією відповідно 4,15 (3,56) м ^3. В аеробних лагунах відбувається часткове розкладання органічних речовин, знищення більшості патогенних мікроорганізмів і неприємного запаху, забезпечується збереження мінеральних речовин в легкозасвоюваних формах для рослин, зменшення забрудненості. Рис. 1. Схема очищення стоків рибопереробного комплексу в риболовно-біологічних ставках. 1 - приймальний резервуар, 2 - розділова установка, 3 - майданчик для біотермічного знезараження, 4 - вертикальний відстійник, 5 - карантинні ємності, 6 - установки термічного знезараження стоків, 7 - ставок-накопичувач, 8 - водоростевий ставок, 9 - Рачкова ставок, 10 - рибовода ставок, 11 - ставок-накопичувач чистої води. У разі дефіциту наявних площ доцільно використовувати систему очищення стоків у вигляді басейну-перегнівателя глибиною до 1,5 м , В якому відбувається механічне та біологічне очищення стоків. Басейн складається з двох ізольованих відділень з розмірами у співвідношенні 1:3. Мале відділення є первинним відстійником, а у великому - прояснені стічні води піддаються природному самоочищення. Осад з малого відділення віддаляється через два роки. В анаеробних лагунах при дотриманні певного режиму (рН 6,7-7,5; температура 30-38 ° С) втрати поживних речовин менше, вони небезпечні з санітарної точки зору (різні види сальмонел виживають в них до трьох років). На 1 кг СВ необхідно забезпечити 0,6 м ³ обсягу анаеробних лагун. Очищення анаеробних лагун відбувається через 5-8 років. Таблиця 2 Характеристика ефективності очищення каскаду ставків Час початку експлуатації нової лагуни березень-квітень. Лагуну слід заповнювати водою наполовину і перші два місяці завантажувати на чверть проектної потужності, а в наступні шість місяців - до номінальної. Необхідно щорічно вимірювати товщину осаду: швидке його нашарування свідчить про неправильної експлуатації системи. Широке застосування знайшли біологічні ставки наступних типів: для повного очищення рідких стоків стоків; для доочищення стоків, заздалегідь пройшли біологічну обробку; рибоводні. Після цього стоки поступають в ланцюг біологічного очищення, що складається з каскаду ставків різного призначення (табл. 2). У ставку-накопичувачі (7) освітлені стоки витримуються незалежно від пори року; тут здійснюється анаеробне зброджування органічних речовин стоків мікроорганізмами. Зі ставка-накопичувача частково мінералізовані стоки поступають в водоростевий ставок (8), який забезпечує утилізацію фітопланктоном біогенних елементів органічної речовини. За рахунок фотосинтетичної реаерекціі відбувається збагачення стоків киснем, що призводить до розпаду органічної речовини, звільнення біогенних елементів і накопиченню планктонних водоростей. У Рачкова ставку (9) через наявність багатого поживного субстрату відбувається масовий розвиток ветвистоусих і веслоногих рачків, черв'яків і личинок комах. Далі з Рачкова ставка стоки, що містять зообіомассу і біомасу фітопланктону, надходять в рибовода ставок (10), що забезпечує сприятливі умови для розвитку сеголеток коропа. Очищені в риболовно-біологічних ставках стоки поступають в ставок очищеної води (11), вода з яких використовується для зрошення полів. Але і така система не забезпечує повного звільнення від патогенних мікроорганізмів.

11. Очищення стічних вод від маслопродуктів у залежності від їхнього складу і концентрації здійснюються на машинобудівних підприємствах відстоюванням, обробкою в гідроциклонах, флотацією і фільтруванням.

Відстоювання засноване на закономірностях спливання маслопродуктів у воді по тих самих законах, що й осадження твердих часток. Процес відстоювання здійснюється у відстійниках і маслоловушках. При проектуванні очисних споруджень передбачають використання відстійників як для осадження твердих часток, так і для спливання маслопродуктів. При цьому розрахунок довжини відстійника проводять по швидкості осадження твердих часток і по швидкості спливання маслопродуктів і приймають максимальне з двох значень.

Очищення стічних вод від маслодомішок флотацією полягають в інтенсифікації процесу спливання маслопродуктів при обволіканні їхніх часток пухирцями повітря, подаваного в стічну воду. В основі цього процесу лежить молекулярне злипання часток олії і пухирців тонкодиспергованного у воді повітря. Утворення агрегатів «частка — пухирці повітря» залежить від інтенсивності їхнього зіткнення один з одним, хімічної взаємодії речовин, що знаходяться у воді, надлишкового тиску повітря в стічній воді і т.п. У залежності від способу утворення пухирців повітря розрізняють кілька видів флотації: напірну, пневматичну, пінну, хімічну, біологічну, электрофлотацію і т.д.)

Рис. 64. Схема флотаційної пневматичної установки

На рис. 64 представлена схема флотаційної пневматичної установки, призначеної для очищення стічних вод від маслопродуктів, поверхнево-активних і органічних речовин, а також від зважених часток малих розмірів. Вихідна стічна вода по трубопроводу 1 і отвору в ньому рівномірно надходить у флотатора 10. Одночасно по трубопроводу 2 подається стиснене повітря, що через насадки 11 з пористого матеріалу у виді дрібних пухирців рівномірно розподіляється по перетині флотатора. У процесі спливання пухирці повітря обволікають частки маслопродуктів, поверхнево-активних речовин і дрібних твердих часток, збільшуючи швидкість їхнього спливання. Піна, що утвориться таким чином, накопичується між дзеркалом води і кришкою 3 флотатори, відкіля вона відсмоктується відцентровим вентилятором 4 у пінозбірник 5 і через трубопровід 6 направляється для обробки піни і витягу з неї маслопродуктів. У процесі вертикального руху стічної води у флотаторі кисень, що утримується в повітрі, окисляє органічні домішки, а при малій їхній концентрації має місце насичення води киснем. Очищена в такий спосіб стічна вода обгинає вертикальну перегородку 9 і зливається в приймач 7 очищеної води, відкіля по трубопроводу 8 подається для подальшої обробки.

У промисловості також використовують метод электрофлотациії переваги якого полягають у тім, що протікають при электрофлотації електрохімічні окислювально-відновні процеси забезпечують додаткове знезаражування стічних вод. Крім того, використання алюмінієвих або залізних електродів обумовлює перехід іонів алюмінію або заліза в розчин, що сприяє коагулюванню дрібних часток забруднень, що утримуються в стічній воді.

Очищення стічних вод від маслосомістких домішок фільтруванням - заключний етап очищення. Цей етап необхідний, оскільки концентрація масло продуктів у стічній воді на виході з відстійників або гідро циклонів досягає 0,01...0,2 кг/м³ і значно перевищує припустимі концентрації маслопродуктів у водоймах. Крім того, в оборотних системах водопостачання припустимий зміст маслопродуктів у стічній воді на виході з очисних споруджень у багатьох випадках менше ПДК їх у воді водойм.

Адсорбція олій (як і будь-яких нафтопродуктів) на поверхні фильтроматеріала відбувається за рахунок сил міжмолекулярної взаємодії й іонних зв'язків. Істотний вплив на процес осадження маслопродуктів на фильтроматеріал мають електричні явища, що відбуваються на поверхні розділу кварц-водного середовища, зв'язані з виникненням різниці електричних потенціалів на цій поверхні й утворенням подвійного електричного шару. На процес адсорбції маслопродуктів впливають також і поверхнево-активні речовини (ПАВ), що містяться в стічній воді.

Дослідження процесів фільтрування стічних вод, що містять маслоприміси, показали, що кварцовий пісок — кращий фильтроматеріал. Застосування реагентів підвищує ефективність очищення,, однак при цьому значно зростає вартість очисних споруджень і ускладнюється процес їхньої експлуатації. Осад, що утвориться при цьому, вимагає додаткових пристроїв для його переробки.

Як фільтруючі матеріали крім кварцового піску використовують доломіт, керамзит, глауконіт. Ефективність очищення стічних вод від масломістких домішок значно підвищується при додаванні волокнистих матеріалів (азбесту і відходів азбестоцементного виробництва).

Перераховані фільтруючі матеріали характеризуються поруч недоліків: малою швидкістю фільтрації і складністю процесу регенерації. Ці недоліки усуваються при використанні в якості фільтроматеріалу спіненого поліуретану. Пінополіуретани, володіючи великою маслопоглонаючою здатністю, забезпечують ефективність очищення до 0,97...0,99 при швидкості фільтрування до 0,01 м/с, насадка з пінополіуретану легко регенерується механічним віджиманням маслопродуктів.

На рис. 65 представлена схема фільтра-сепаратора з фільтрувальним завантаженням з часток пінополіуретану, призначеного для очищення стічних вод від маслопродуктів і твердих часток.

Рис. 65. Схема фільтра-сепаратора

Стічну воду по вхідному трубопроводі 5 подають під нижні опорні решітки 4. Вода проходить через фільтрувальне завантаження в роторі 2, верхні решітки 4 і очищена від домішок переливається в прийомну кишеню 6 і виводиться з корпуса 1 фільтра. При концентрації маслопродуктів і твердих часток до 0,1 кг/м³ ефективність очищення складає відповідно 0,92...0,98 і 0,90, час безперервної експлуатації фільтра — 16...24 год. Достоїнством даної конструкції є простота і висока ефективність регенерації фільтра, для чого включають електродвигун 7. При обертанні ротора 2 з фільтрувальним завантаженням частки пінополіуретану під дією відцентрових сил відкидаються до внутрішніх стінок ротора, вичавлюючи маслопродукти з ротора, що надходять потім у кишені 3 і направляються на регенерацію. Час повної регенерації фільтра складає 0,1 год.

На рис. 66 представлена схема поліуретанового фільтра для очищення стічних вод від маслодомішок. Стічна вода по трубопроводу 1 надходить у розподільну камеру 2 і через регулюючий вентиль 3 і водорозподільні вікна 4 подається у фільтр 5, заповнений пінополіуретаном 6. Пройшовши через шари фільтроматеріалу, стічна вода очищається від олії і зважених речовин і через сітчасте днище 13 приділяється по трубопроводу 14. Для підтримки постійного рівня води, що очищається, у фільтрі передбачена камера 12 з регулюючим вентилем 11. Регенерація часток пінополіуретану здійснюється спеціальним пристроєм, установленим на пересувному візку 10, що дозволяє регенерувати весь обсяг фільтра. Насичені олією частки пінополіуретану ланцюговим елеватором 7 подають на віджимні барабани 8 і, звільнивши від олієподібних і зважених речовин, знову подають у фільтр. Віджаті забруднення по збірному жолобі 9 відводять для подальшої переробки. У табл. 46 представлені характеристики пінополіуретанових фільтрів.

Очищення стічних вод від розчинних домішок здійснюється екстракцією, сорбцією, нейтралізацією, електрокоагуляцією, евапорацією, іонним обміном, озонуванням і т.п.

Рис. 66. Схема поліуретанового фільтра