IV описание технологического процесса и схемы

4.1. Описание технологического процесса

Технологический процесс очистки сточных вод на биологических очистных сооружениях включает в себя ряд последовательных стадий по удалению загрязняющих веществ из сточных вод, обработки образующихся осадков и обеззараживания очищенных сточных вод.

Технологическая схема производства биологической очистки сточных вод состоит из следующих стадий:

1. Механическая очистка сточных вод;

2. Биологическая очистка сточных вод;

3. Дезинфекция (обеззараживание) очищенных сточных вод;

4. Воздуходувная станция;

5. Обработка осадков.

4.1.1. Механическая очистка сточных вод

Процесс механической очистки сточных вод производится:

• Задержанием крупных отбросов (тряпье, бумага, пластик, стекло, остатки пищи и т.д.) на решетках дуговых гидравлических (РДГ) с прозором между пластинами 16мм и ступенчатых решеток тонкой механической очистки STEP SCREEN с прозором между пластинами 6мм;

• Выделением из сточных вод наиболее тяжелых примесей минерального происхождения с размером частиц 0,2-0,25мм и более (главным образом песка) в горизонтальных песколовках с прямолинейным движением воды и в песколовках с круговым движением воды, под действием силы тяжести частиц;

• Выделением из сточных вод более мелкой взвеси и плавающих веществ, преимущественно органического происхождения, в первичных отстойниках, при этом:

• вещества, более тяжелые, чем вода под действием силы тяжести, определенного времени пребывания в отстойнике, изменения направления и скорости движения, осаждаются на дно отстойника;

• вещества, более легкие, чем вода – жиры, масла, нефть, смолы и всякого рода всплывающие на поверхность воды, удаляются с помощью жироуловителя и отводятся в жиросборники.

Крупные отбросы необходимо извлекать из сточных вод на начальной стадии очистки с целью предотвращения засорения трубопроводов, каналов, насосов, гидроэлеваторов, оборудования по обработке осадков.

Своевременное удаление песка позволяет защитить трубопроводы, оборудование, насосы, механизмы, бетонные сооружения от абразивного воздействия песка, их засорения.

Попадая в первичные отстойники, песок накапливается в «сыром»

осадке, повышает его зольность и снижает эффективность работы стадии обезвоживания осадков.

Попадание песка в аэротенки-смесители может привести к засорению аэрационной системы, увеличению зольности активного ила и снижению седиментационных и флокулообразующих свойств активного ила.

Своевременное удаление взвешенных и плавающих веществ в

первичных отстойниках позволяет защитить активный ил аэротенков-смесителей от опасных токсикантов и инертных к биохимическому окислению веществ.

4.1.2. Биологическая очистка сточных вод

Метод биологической очистки сточных вод основан на способности микроорганизмов использовать различные загрязнения, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания в процессе их жизнедеятельности.

Биологическому окислению подвергаются органические вещества, находящиеся в сточных водах в виде тонких суспензий, коллоидов и в растворенном состоянии. Кроме органических веществ переработке подвергаются некоторые неокисленные неорганические соединения, такие как сероводород, аммиак, аммонийные соли.

Биологическая очистка сточных вод производится в аэротенках-смесителях в аэробных (в присутствии кислорода) условиях под действием зооглейных скоплений микроорганизмов – активного ила.

Основная роль в процессе очистки сточных вод принадлежит бактериям, число которых в расчете на 1г сухого вещества ила колеблется от 10⁸ до 10¹⁴ клеток. Ил имеет развитую поверхность – до 100м² на 1г сухой массы, что способствует интенсивному изъятию загрязнений из сточной воды. В зависимости от условий существования, в иле развивается 5-8 родов бактерий, среди них представители Psenljmonos, кокковые формы, бациллы и другие.

Кроме бактерий в активном иле развиваются простейшие микроорганизмы – жгутиковые инфузории, ресничные инфузории (аспедиски, фортицеллы) и более сложные организмы – коловратки и другие.

Роль простейших многопланова, они питаются бактериями, поддерживая в иле бактериальное равновесие. Поедая, наряду с молодыми клетками старые, простейшие обеспечивают омолаживание ила и развитие новых жизнеспособных клеток. Простейшие также питаются частицами загрязнений, находящихся в сточной жидкости, благодаря чему происходит дополнительное осветление воды.

По численности и видовому составу простейших, по их состоянию можно судить о работе аэротенков. Зависимость работы аэротенка от наличия простейших микроорганизмов в активном иле приведена в таблице 5.

Таблица 5

№ п/п	Характеристика работы аэротенков-смесителей	Амебы	Бесцветные жгутиковые	Ресничные инфузории	Коловратки
1.	Плохая	Преобладают		Отсутствуют
2.	Неудовлетворительная	Преобладают		В малых количествах
3.	Удовлетворительная	Единичные		Преобладают разно-ресничные	Преобладают
4.	Хорошая	Отсутствуют		Преобладают кругло- и брюхоресничные	Преобладают

Показателем качества активного ила является его способность к оседанию – иловый индекс I(см³/г) (объем ила в сантиметрах кубических после 30-ти минутного отстаивания к 1г сухого вещества активного ила).

I =V/d , где:

V - доза ила по объему, см³/дм³,

d – доза ила по массе, г/дм³

В зависимости от нагрузки на ил оптимальное значение илового индекса принято считать от 80 до 120см³/г. Диапазон допустимых значений от 60 до 150см³/г.

Одно из основных требований к иловому индексу – стабильность его значений, которая указывает на удовлетворительные условия жизнедеятельности ила.

Процесс полной биологической очистки протекает в три стадии:

• На первой стадии, сразу же после смешения активного ила со сточными водами, на его поверхности происходит адсорбция загрязняющих веществ и их коагуляция (укрупнение частиц, несущих органические вещества). Высокое содержание поступающих загрязняющих веществ способствует на первой стадии высокой кислородопоглощаемости, что приводит к практически полному потреблению кислорода в зоне поступления сточных вод в аэротенк. На первой стадии за 0,5-2,0 часа содержание органических загрязняющих веществ снижается на 50-60%.

• На второй стадии продолжается биосорбция загрязняющих веществ и идет их активное окисление экзоферментами (ферментами, выделяемыми из активного ила), гетеротрофными бактериями, причем в первую очередь на энергетические потребности (реакция А) и на синтез биомассы (реакция Б)

( А) С_хН_уОN + О₂ + ^{гетеротрофные бактерии} СО₂ + Н₂О + NН₃ + Н⁺

( Б) С_хН_уОN + О₂ + ^{гетеротрофные бактерии} С₅ Н₇NО₂ + Н₂О + СО₂ + Н⁺, где

С_хН_уОN – органическое вещество, содержащееся в сточной воде;

С₅ Н₇NО₂ – среднестатическое соотношение основных элементов клеточного вещества.

Благодаря снизившейся концентрации загрязняющих веществ, начинает восстанавливаться активность ила, которая была подавлена к концу первой стадии. Скорость потребления кислорода на этой стадии меньше, чем в

начале процесса, и в иловой смеси накапливается растворенный кислород.

На второй стадии за 2,0-4,0 часа экзоферментами окисляется до 75% органических загрязняющих веществ.

• На третьей стадии происходит окисление загрязняющих веществ эндоферментами, автотрофными бактериями, окисляющими клеточное вещество (стадия внутриклеточного питания активного ила, реакция В), доокисление сложноокисляемых соединений, превращение азота аммонийных солей в нитриты и нитраты (реакция Г), регенерация активного ила.

( В) С₅Н₇NО₂ + 5О₂ + ^{автотрофные бактерии} 5СО₂ + 2Н₂О + NН₃ + Н⁺

( Г) NН₃ + О₂ + ^{автотрофные бактерии} НNО₂ + О₂ + ^{автотрофные бактерии} НNО₃

С корость потребления кислорода на этой стадии вновь возрастает. Продолжительность третьей стадии составляет 4-6 часов для бытовых стоков и может удлиниться до 15 часов при совместной очистке бытовых и промышленных сточных вод. Таким образом общая продолжительность процесса биологической очистки в аэротенках может составлять от 6-8 часов до 10-20 часов.

Скорость биологического окисления значительно меньше скорости сорбции, поэтому для достижения требуемого эффекта очистки, активный ил после вторичных отстойников направляется в регенератор, конструктивно совмещенный с аэротенком. В зависимости от состояния активного ила объем регенератора можно изменить от 25 до 58% от общего объема аэротенка путем открытия шиберов в распределительном лотке. Зависимость объема регенератора от распределения сточных вод приведена в таблице 6.

Таблица 6

Объем регене-ратора, %	№ шибера
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	Количество сточных вод подаваемых через шибера в % от общего расхода поступающих стоков
25	10		35			35		20
31		10		35		35		20
37			10		35		35		20
42				10		35		35		20
48					10		35		35	20
52,5						10	35		35	20
58							10	35	35	20

Наиболее важными факторами, влияющими на развитие и жизнедеятельность активного ила, а также качество биологической очистки, являются:

• Температура;

• Наличие питательных веществ;

• Содержание растворенного кислорода в иловой смеси;

• Значение рН среды;

• Наличие токсинов.

Для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов, более полного и устойчивого процесса биологической очистки производственных сточных вод, их разбавляют бытовыми сточными водами, содержащими в своем составе все необходимые биогенные элементы.

Кроме основных элементов (С - углерода, Н - водорода, N - азота) для построения клетки необходимы и другие элементы (К, Са, Мg, Fе). Содержание этих элементов в поступающих сточных водах достаточно для осуществления бактериального метаболизма. Азота и фосфора может не хватать, поэтому при необходимости их добавляют в виде растворов суперфосфата или сульфата аммония до соотношения

БПК : N : Р = 100 : 5 : 1

Недостаток биогенных элементов тормозит процесс биологического окисления, искусственная добавка их стимулирует рост бактерий, а следовательно, и окисление органических соединений.

Длительный недостаток азота приводит к образованию труднооседающего активного ила и к потерям его в результате выноса из вторичных отстойников.

Роль фосфора в жизни бактерий чрезвычайно велика, т.к. он входит в состав наиболее активных веществ клетки. При недостатке фосфора в сточных водах в иле развиваются нитчатые формы бактерий, обуславливающие медленное его оседание, кроме того происходит замедление роста активного ила и снижается интенсивность окисления органических соединений.

Скорость процесса биологической очистки сточных вод значительно зависит от температуры среды. При температуре сточных вод ниже 6⁰С жизнедеятельность микроорганизмов резко снижается, при температуре выше 30⁰С заметно уменьшается скорость нитрификации. Оптимальной является температура 20-28⁰С.

Оптимальная для развития микроорганизмов величина активной реакции сточных вод лежит в пределах рН = 7-8. При величинах рН больших 8,5 и меньших 6,5 процесс биологической очистки замедляется.

Эффективность работы аэротенков в значительной степени определяется технологическим режимом эксплуатации, где основное значение имеют:

• Оптимальное соотношение между концентрацией загрязняющих веществ, присутствующих в сточных водах, и рабочей дозой активного ила по массе (при снижении дозы ила повышается нагрузка на ил и снижается качество очистки, при увеличении дозы ила затрудняется разделение иловой смеси во вторичных отстойниках).

Норма дозы ила устанавливается в зависимости от нагрузки на ил по БПК (биохимическое потребление кислорода – количество растворенного кислорода, потребляемое микроорганизмами за установленное время в определенных условиях при биохимическом окислении содержащихся в воде органических веществ. Характеризует содержание легкоокисляемых

органических веществ, способных к биохимическому разложению. Выражается в мг О₂/ дм³);

• Необходимое время контакта загрязненных сточных вод с активным илом;

• Достаточная аэробность системы

Важнейшим свойством активного ила является его способность к хлопьеобразованию и седиментации. Это свойство ила положено в основу работы вторичных отстойников, где происходит разделение иловой смеси на активный ил и очищенные сточные воды.

Для удовлетворительной работы вторичных отстойников средняя доза ила в аэротенках не должна превышать 3 г/дм³.