Материалы о водопользовании / Osnov

Основные методы очистки сточных вод и обработки осадков.

Биологическая очистка—широко применяемый на практике метод обработки бытовых и производственных сточных вод. В его основе лежит процесс биологическо­го окисления органических соединений, содержащихся в сточных водах. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим мно­жество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов—водорослей, грибов и т. д., связанных между собой в единый комплекс слож­ными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и анта­гонизма).

Эффективность процессов биологической очистки за­висит от ряда факторов, одни из которых могут регу­лироваться в широких диапазонах, а другие, например состав сточных вод, поступающих в биологические оки­слители, практически не поддаются регулировке. Темпе­ратура является одним из основных факторов, обеспе­чивающих эффективность и высокую производительность сооружений биологической очистки. Оптимальная тем­пература для аэробных процессов, происходящих в био­логических окислителях, считается 20—30°С, при этом биоценоз при прочих благоприятных условиях представлен разнообразными и хорошо развитыми микроорганизмами. Следует отметить, что для различных видов бактерий, оп­тимальные температурные режимы варьируют в пределах от 4 до 85 °С. На развитие микроорганизмов существен­ное влияние оказывает активная реакция среды. Значи­тельная часть бактерий развивается лучше всего в ней­тральной или слабощелочной среде. Оптимальной сре­дой для биологической очистки считается среда с рН= =6,5—7,5. Отклонение рН за пределы 6 и 8,5 влечет за собой уменьшение скорости окисления вследствие замед­ления обменных процессов в клетке.

Таким образом, нормальный ход процессов биологи­ческого окисления органических загрязнений сточных вод должен обеспечиваться целым рядом условий. Если эти условия не соблюдаются, необходимо их корректи­ровать: изменять температурный режим за счет подо­грева и охлаждения сточных вод; осуществлять нейтра­лизацию; при недостатке биогенных элементов в сточ­ную воду следует добавлять их искусственно в виде су­перфосфата, аммиачной воды, аммофоса и др.

В аэробных биологических сооружениях должна под­держиваться концентрация растворенного кислорода не менее 2 мг/л, в противном случае наблюдается сниже­ние скоростей утилизации органических соединений. Тре­буемая концентрация кислорода в сооружениях поддер­живается соответствующим расходом воздуха ил тех­нического кислорода, подача которого обеспечивается различными конструкциями аэрационных систем и аэра­торов.

При работе биологических очистных сооружений не­обходимо осуществлять постоянный контроль за кон­центрациями токсичных компонентов, которые не долж­ны превышать ПДК. В процессе биологической очистки необходимо осуществлять подачу такого количества сточных вод, содержащих определенную концентрацию органических загрязнений, чтобы не превышать величи­ну суточной нагрузки по этим загрязнениям в пересче­те на 1 м³ очистного сооружения, на 1 г сухой биомас­сы или на 1 г беззольной части биомассы. Иначе говоря, следует соблюдать определенный уровень питания, вы­ражаемый значениями нагрузки в общем виде по БПК, а в отдельных случаях по индивидуальным видам за­грязнений. Практически все органические вещества мо­гут быть окислены в аэробных условиях, хотя скорость процесса окисления варьируется в широком диапазоне.

Для биологической очистки сточных вод применяются естественные и искусственные методы очистки. Биологи­ческую очистку называют полной, если БПК очищенной воды составляет менее 20 мг/л, и неполной при БПК более 20 мг/л.

Естественные методы биологической очистки включа­ют почвенные методы очистки и очистку сточных вод в биологических прудах.

Применение почвенных методов связано с рядом ог­раничений, обусловленных расходом и составом сточных вод, санитарно-гигиеническими требованиями и способа­ми утилизации. При почвенной очистке учитываются тип грунта, рельеф местности, уровень залегания грунтовых вод, среднегодовое количество осадков, продолжитель­ность вегетационного периода и др. Сооружения почвен­ной очистки применяются в основном для очистки быто­вых сточных вод и по производительности делятся на малые, средние и крупные. Их пропускная способность колеблется от 1 м³ сточных вод. в сутки до 100 тыс. м³/сут. К малым сооружениям относятся фильтрующие колодцы, фильтрующие траншеи с естественным или ис­кусственным слоем грунта, песчано-равийные фильтры. К средним — поля подземного орошения и подземной фильтрации. Самыми крупными сооружениями являются земледельческие поля орошения, коммунальные поля орошения и поля наземной фильтрации.

В практике применяется несколько видов систем оро­шения: сплошной залив, залив по бороздам и полосам, дождевание и подпочвенное орошение; причем послед­ний способ наиболее удовлетворяет эпидемиологическим, санитарно-техническим, агроэкономическим, эстетиче­ским и водохозяйственным требованиям. При примене­нии очистных сооружений с полями орошения и круг­логодичном приеме сточных вод с сезонным регулирова­нием их подачи (рис.9), полив осуществляется толь­ко в вегетационный период, а в остальное время года сточные воды поступают в пруды-накопители вместимо­стью, равной 6-месячному расходу сточных вод. Необ­ходимо отметить, что орошение биологически очищенны­ми сточными водами не исключает полностью возмож­ности загрязнения почвы и выращиваемых культур па­тогенными бактериями и яйцами гельминтов.

Биологические пруды применяются как для очистки, так и глубокой очистки бытовых и производственных сточных вод, прошедших биологическую очистку. Раз­личают пруды с естественной и искусственной аэрацией. Глубина прудов с естественной поверхностной аэрацией, как правило, не превышает 1 м. При искусственной аэра­ции прудов с помощью механических аэраторов или путем продувки воздуха через толщу воды их глубина уве­личивается до 3 м. Применение искусственной аэрации ускоряет процессы очистки воды. В окислительных про­цессах существенную роль играет водная растительность, которая способствует снижению концентрации биоген­ных элементов и регулирует кислородный режим водое­ма; наиболее эффективно окислительные процессы в пру­дах идут в летнее время. Пруды устраивают в несколь­ко ступеней, общее время пребывания сточных вод в них составляет несколько суток. Следует указать и недо­статки прудов: низкая окислительная способность, сезон­ность работы, потребность в больших территориях и др.

Сооружения искусственной биологической очистки по признаку расположения в них активной биомассы мож­но разделить на две группы:

активная биомасса находится в обрабатываемой сточ­ной воде во взвешенном состоянии (аэротенки, цирку­ляционные окислительные каналы, окситенки):

активная биомасса закрепляется на неподвижном материале, а сточная вода обтекает его тонким пленоч­ным слоем.

Аэротенки—это сооружения, представляющие собой железобетонные резервуары, прямоугольные в плане, разделенные перегородками на отдельные коридоры. По структуре потока сточной жидкости аэротенки бывают двух типов: аэротенки-вытеснители, аэротенки-смесители, отличающиеся системой подачи обрабатываемой сточной воды и циркуляционного активного ила (рис. 10). В общем виде схема работы аэротенка заклю­чается в следующем. Сточная вода после сооружений ме­ханической очистки смешивается с циркулирующим ак­тивным илом (биоценозом) и, последовательно пройдя по коридорам аэротенка, поступает, во вторичный отстойник. Время нахождения в аэротенке обрабатываемой сточной воды в зависимости от ее состава составляет 6—12 ч. За это время основная масса органических загрязнений перерабатывается биоценозом активного ила. Для под­держания активного ила во взвешенном состоянии, ин­тенсивного его перемешивания и насыщения обрабатываемой смеси кислородом воздуха в аэротенках устраиваются различные системы аэрации (чаще механическая или пневматическая). Из аэротенков смесь обработанной сточной воды и активного ила поступает во вторичный отстойник, где активный ил оседает на дне отстойника, затем с помощью специальных устройств (илососов) отводится в резервуар насосной станции, а очищен­ная сточная вода поступает либо на дальнейшую доочистку, либо дезинфицируется. В процессе биологичес­кого окисления происходит прирост биомассы активно­го ила. Для создания оптимальных условий ее жизне­деятельности, избыток ила выводится из системы и на­правляется в сооружения по обработке осадка, а основ­ная часть в виде циркуляционного активного ила снова возвращается в аэротенк. Концентрация иловой массы в аэротенке (доза или по сухому веществу) составляет 2—5 г/л; расход воздуха 5—15 м³/м³ сточной воды; на­грузка по органическим загрязнениям 400—800 мг БПК на 1 г беззольного активного ила в- сутки. При этих ус­ловиях обеспечивается полная биологическая очистка.

При очистке трудноокисляемых и высококонцентрированных сточных вод расчетные параметры и технологические схемы работы аэротенков могут значительно отличаться от общей схемы. Схема очистки может осу­ществляться в две и три ступени, подача сточных вод может быть рассредоточена, продолжительность аэрации и расход воздуха увеличен. В аэрационные сооружения в целях интенсификации их работы можно подавать тех­нический кислород; в этом случае повышается его про­изводительность, но В сооружениях необходимо осуще­ствить целый ряд конструктивных изменений. Такое соо­ружение называется окситенком.

В последние годы для очистки небольших количеств бытовых и производственных сточных вод (до 700 м³/сут) находят применение циркуляционные окислительные ка­налы, представляющие собой в плане замкнутые кольце­вые каналы, в которых устанавливают аэраторы. Эти соо­ружения могут обеспечивать полную биологическую очи­стку, и их целесообразно применять в небольших посел­ках, в средней полосе и южных районах России.

Комплексы очистных сооружений, в состав которых входят аэротенки, имеют производительность от несколь­ких десятков м³ сточных вод в сутки до 2—3 млн. м³/сут. Все крупнейшие очистные станции (объединение Курья­новских станций аэрации. Люберецкая, Люблинская станции аэрации и др.) в своем составе имеют аэротенки.

Биофильтры находят широкое применение при су­точных расходах бытовых и производственных сточных вод до 20—30 тыс. м³/сут. Важнейшей составной частью биофильтров является загрузочный материал. По типу загрузочного материала их разделяют на две категории: с объемной и плоскостной загрузкой.

Объемный загрузочный материал состоит из гравия, керамзита, шлака с крупностью отдельных фракций 15— 80 мм, плоскостной материал—из пластмасс, асбесто­цемента, керамики, металла, тканей. Биофильтр пред­ставляет собой резервуар, круглый или прямоугольный в плане, который заполняется загрузочным материалом. Объемная загрузка засыпается навалом после сорти­ровки фракций слоем высотой 2—4 м. Плоскостной ма­териал может иметь вид засыпных элементов (например, кольца Рашига, обрезки труб и др.) или выполняться в виде жестких или мягких (рулонных) блоков, которые монтируются в теле биофильтра. Высота слоя загрузки составляет 4—8 м. Сточная вода подается выше поверхности загрузочного материала, равномерно над ней рас­пределяется через загрузочный материал, на поверхно­сти которого образуется биологическая пленка (биоце­ноз), аналогичный активному илу в аэротенке. Загру­зочный материал поддерживается, решетчатым днищем, сквозь отверстия которого обработанная сточная вода поступает на сплошное днище биофильтра и с помощью лотков из сооружения во вторичный отстойник (рис. -11).

Биофильтры с объемной загрузкой целесообразно применять для полной биологической очистки, при этом их производительность по снятым органическим загряз­нениям (по БПК) в зависимости от конструктивных осо­бенностей составляет 200—800 г БПК на 1 м³ объема загрузочного материала в сутки.

Биофильтры с плоскостной загрузкой могут также применяться для полной биологической очистки; в этом случае их производительность достигает 2 кг БПК/м³ в сутки за счет развитой поверхности загрузочного материа­ла и благоприятных условий циркуляции воздуха в за­грузочном материале. Но целесообразнее применять их в качестве первой ступени двухступенчатой биологи­ческой очистки высококонцентрированных производствен­ных сточных вод при интенсификации работы комплексов очистных сооружений и их реконструкции. В этом слу­чае эффект работы биофильтров с плоскостной загруз­кой составляет 50—-70%, но их производительность мо­жет достигать 5—10 кг БПК/м³ в сут.

При эксплуатации сооружений биологической очистки необходимо соблюдать технологический регламент их ра­боты, не допускать перегрузок и особенно залповых по­ступлений токсичных компонентов, значительных откло­нений от активной реакции среды, поскольку эти нару­шения могут губительно сказаться на жизнедеятельно микроорганизмов и вывести биологические окислители из строя.