Биологические пруды. Очистка сточных вод. Допустимые расходы сточных вод, подводимых в биологические пруды

Стоки обычно состоят из отходов неорганического и органического происхождения. Причём последние из них занимают больший объём. Если от неорганических компонентов стоки легко очистить механическим методом под действием сил гравитации, то для удаления органических составляющих в последнее время применяются разные методики биологической очистки сточных вод. Их может быть несколько. Выбор того или иного способа зависит от разновидности стоков (бытовые или промышленные). В нашей статье мы рассмотрим разные методы очистки сточных вод, а также процессы, протекающие при реализации каждого из методов.

Процесс очищения сточных вод начинается сразу после того, как стоки по системе канализационного трубопровода попадают в очистное сооружение. Здесь благодаря используемому способу очистки концентрация загрязнений и органических примесей в стоках резко уменьшается. В зависимости от степени загрязнения стоков используются разные способы очистки или их комбинация. От этого зависит схема, по которой будет сооружаться станция биологической очистки сточных вод.

Важно: сегодня для очищения канализационных стоков повсеместно используются биологические методы. Несмотря на то, что для переработки промышленных стоков используют более сложные установки, чем для очищения бытовых сточных вод, применяются одинаковые способы.

Для этого используются специальные микроорганизмы, которые в процессе жизнедеятельности разлагают сложные органические соединения на более простые элементы (углекислый газ, воду и минеральный осадок). Такая переработка позволяет снизить концентрацию органических загрязнителей до приемлемого уровня.

Биологические методы очистки сточных вод – это лишь часть системы очищения стоков. Принципы работы очистных сооружений выглядят так:

Поскольку в бытовых и промышленных стоках содержатся не только органические составляющие, которые могут переработать бактерии, но и неорганические элементы, не поддающиеся переработке, их необходимо удалить на первом этапе. Для этого используются механические способы очистки – отстаивание. В процессе отстаивания более тяжёлые и плотные составляющие стоков оседают на дно под действием сил притяжения. Более лёгкие жиры всплывают на поверхность.
После этого предварительно очищенные от тяжёлых неорганических загрязнителей стоки подвергаются биологической очистке. В процессе этого воды очистятся от сложных органических соединений, которые в большом количестве присутствуют в них. Биологические способы очистки подразумевают применение специальных бактерий, содержащихся в почве и воде, для разложения (окисления) органики. Для этих целей используют особые аэробные и анаэробные микроорганизмы. В процессе своей жизнедеятельности бактерии очищают стоки настолько, что их можно сбрасывать в грунт.
Для бытовых сточных вод вполне хватит описанного способа. А в процессе очищения промышленных стоков используют дополнительные способы, которые позволяют удалять специфические загрязнения. Сюда можно отнести процесс фильтрования, электродиализа, адсорбции, обратного осмоса и т.п.

Две группы бактерий, которые используют для биологической очистки, несколько отличаются друг от друга. Так, микроорганизмы, которые относятся к группе аэробов, могут жить только в условиях с доступом кислорода. Поэтому в очистных сооружениях с их применением обязательно используются средства для насыщения среды кислородом – компрессоры и аэраторы. А микроорганизмы, которые относятся к группе анаэробов, не нуждаются в кислороде, но для них важно наличие углекислого газа и нитратов.

Методы биологического очищения

Существует несколько методов биологической очистки бытовых и промышленных сточных вод:

биопруды;
фильтрационные поля;
аэротенки;
метатенки;
биологические фильтры.

Биологические пруды

Здесь процессы очищения протекают в открытых водоёмах, созданных искусственным путём. В водоёме стоки проходят процесс самоочищения. Это намного выгоднее, чем использовать искусственные способы очистки. Для обеспечения поступления кислорода в водоём глубина искусственного пруда не должна быть более 1 м.

Поскольку площадь водоёма значительная, это позволяет хорошо прогреться воде, что благоприятно скажется на жизнедеятельности бактерий. Эффективней всего процессы очистки в водоёме протекают в тёплое время года. При снижении температуры среды до +6°С окислительные процессы в воде замедляются. Зимой такой водоём не может использоваться, поскольку бактерии впадают в спячку при минусовых температурах.

Разновидности биопрудов:

Водоёмы с разбавлением. Здесь стоки перемешиваются с речной водой. После этого они попадают в пруды для очистки. Этот процесс обычно занимает 14 дней.
Пруды многоступенчатые (без разбавления). Сюда стоки попадают после предварительного отстаивания без разбавления речной водой. Здесь очистка протекает на протяжении месяца. За это время вода перетекает самотёком из одного пруда в другой. Всего может быть около 4-5 водоёмов, которые располагаются каскадами. Этот метод является самым эффективным и недорогим.
Водоёмы, в которых выполняется доочистка.

Важно: в прудах первого и второго типа можно разводить рыбу.

Поля фильтрации

Здесь биологическая очистка сточных вод протекает на специальных территориях (полях), заселенных колониями аэробных почвенных бактерий. Эти микроорганизмы окисляют содержащиеся в стоках сложные органические соединения, и после очищения вода впитывается в грунт. Поскольку к верхнему слою почвы поступает больше кислорода, необходимого для аэробных бактерий, процессы окисления эффективней всего протекают здесь.

Стоит знать: такой способ очистки позволяет использовать очищенную воду для полива сельскохозяйственных угодий. Эти территории называются полями орошения.

Такие средства очистки, как поля орошения и биопруды, могут использоваться не везде. Так, есть целый ряд ограничений на их применение:

В месте устройства фильтрационных полей и биопрудов не должно быть высокого стояния грунтовых вод. Иначе не полностью очищенные стоки могут попасть в водоносные слои и вызвать загрязнения источников питьевой воды.
Использование таких систем возможно только в тёплое время года.

Поскольку поддержание определённой температуры является одним из главных условий для жизнедеятельности бактерий, всесезонную очистку можно выполнять только в искусственных закрытых сооружениях. К ним относятся биофильтры, аэротенки и метатенки.

Аэротенк

Этот метод очищения является наиболее эффективным, поскольку процессы окисления протекают при взаимодействии активного ила с прошедшими механическую очистку стоками. Это взаимодействие выполняется в специальной ёмкости, оборудованной системой аэрации. Всё дело в том, что в иле содержится большое количество аэробных бактерий, нуждающихся в кислороде. При благоприятных условиях они будут очищать стоки от органических загрязнителей. Далее процесс идёт в такой последовательности:

Когда переработка органических соединений в стоках завершается, снижается уровень потребления кислорода, и стоки перетекают в следующие секции. Здесь микроорганизмы-нитрификаторы перерабатывают азот солей аммония. В итоге получаются нитриты.
Другие бактерии поглощают нитриты и выделяют нитраты.
После выполнения этой очистки стоки переходят во вторичный отстойник. В нём активный ил выпадает в осадок.
После этого очищенная вода сбрасывается в водоёмы.

Биологические фильтры

Биофильтры наиболее часто используются для обслуживания автономной канализации частного дома или дачи. Это компактная ёмкость с загрузочным материалом внутри. Микроорганизмы (только аэробные бактерии) находятся в биофильтре в форме активной плёнки и выполняют функции биологического очищения.

Такие фильтры делятся на два вида:

устройства с капельной фильтрацией (низкая производительность, но высокое качество очистки);
изделия с двухступенчатой фильтрацией (высокая производительность и качество очистки).

Биологический фильтр состоит из следующих частей:

корпус фильтрующего устройства (загрузка);
изделие, которое позволяет равномерно распределить стоки по поверхности фильтра;
дренажная система для отвода воды;
чтобы обеспечивать подачу кислорода, нужна воздухораспределительная система.

Принцип работы биофильтра очень напоминает процессы, протекающие в аэротенке. Сначала в процессе отстаивания стоки очищаются от крупных тяжёлых частиц. После этого воды перетекают в биофильтр. Здесь аэробные бактерии на плёнке получают со стоками питательные вещества и начинают активно размножаться, что увеличивает эффективность очистки. Поскольку они не могут жить без кислорода, специальная система обеспечивает его подачу в нужное место.

Системы с капельным фильтром отличаются только тем, что в них стоки на биофильтр поступают постепенно, определёнными порциями. При этом вентиляция и подача кислорода обеспечивается естественным путём. Для этого в конструкции предусмотрены открытые пространства.

Метатенк

Конструкция метатенка более простая в сравнении с аэротенком. Обычно это бетонные или пластиковые септики, в которых процессы очищения протекают благодаря жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов.

Анаэробные бактерии обходятся без кислорода, поэтому в конструкции не нужно предусматривать сложную систему аэрации. Эти микроорганизмы производят минимальное количество биомассы, поэтому частота очистки метатенка самая низкая. Это позволяет существенно снизить расходы на эксплуатацию.

Главный недостаток таких сооружений в том, что в результате жизни анаэробные организмы выделяют метан, поэтому от небольшого септика будет исходить неприятный запах, а мощные очистные установки нуждаются в системе, контролирующей уровень загазованности, а также в создании системы эффективного вентилирования, чтобы уберечь обслуживающий персонал.

Аэробные процессы биохимической очистки могут протекать в природных условиях и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Искусственными сооружениями являются аэротенки и биофильтры разной конструкции. Тип сооружений выбирают с учетом местоположения завода, климатических условий, источника водоснабжения, объема промышленных и бытовых сточных вод, состава и концентрации загрязнений. В искусственных сооружениях процессы очистки протекают с большей скоростью, чем в естественных условиях.

Поля орошения

Это специально подготовленные земельные участки, используемые одновременно для очищения сточных вод и агрокультурных целей. Очистка сточных вод в этих условиях идет под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений.

Земледельческие поля орошения имеют следующие преимущества перед аэротенками:

1) снижаются капитальные и эксплуатационные затраты;
2) исключается сброс стоков за пределы орошаемой площади;
3) обеспечивается получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных растений;
4) вовлекаются в сельскохозяйственный оборот мало продуктивные земли.

В процессе биологической очистки сточные воды проходят через фильтрующий слой почвы, в котором задерживаются взвешенные и коллоидные частицы, образуя в порах грунта микробиальную пленку. Затем образовавшаяся пленка адсорбирует коллоидные частицы и растворенные в сточных водах вещества. Проникающий из воздуха в поры кислород окисляет органические вещества, превращая их в минеральные соединения. В глубокие слои почвы проникание кислорода затруднено, поэтому наиболее интенсивное окисление происходит в верхних слоях почвы (0,2-0,4 м). При недостатке кислорода в прудах начинают преобладать анаэробные процессы.

Поля орошения лучше устраивать на песчаных, суглинистых и черноземных почвах. Грунтовые воды должны быть не выше 1,25 м от поверхности. Если грунтовые поды залегают выше этого уровня, то необходимо устраивать дренаж.

[принимают равными 5-20 м 3 (га*сут)]

B зимнее время сточную воду направляют только на резервные поля фильтрации. Так как в этот период фильтрация сточной воды или прекращается полностью или замедляется, то резервное поле фильтрации проектируют с учетом площади намораживания Fн (в м 2):

где Q - расход сточных вод, м 3 /сут; Tн - число дней намораживания; ? - коэффициент, характеризующий величину зимней фильтрации; hн и hо - высоты слоев соответственно намораживания и зимних осадков, м; ?л - плотность льда, кг/м 3 .

Биологические пруды

Представляют собой каскад прудов, состоящий из 3-5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода.

Пруды предназначены для биологической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Различают пруды с естественной или искусственной аэрацией.

Пруды с естественной аэрацией имеют небольшую глубину (0,5-1 м), хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами.

Биологический (или биохимический) метод очистки сточных вод применяется для очистки производственных и бытовых сточных вод от органических и неорганических загрязнителей. Данный процесс основан на способности некоторых микроорганизмов использовать загрязняющие сточные воды вещества для питания в процессе своей жизнедеятельности.

Основной процесс, протекающий при биологической очистке сточных вод, - это биологическое окисление. Данный процесс осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), состоящим из множества различных бактерий, простейших водорослей, грибов и др., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма).

Главенствующая роль в этом сообществе принадлежит бактериям.

Очистку сточных вод рассматриваемым методом проводят в аэробных (т. е. в присутствии растворенного в воде кислорода) и в анаэробных (в отсутствие растворенного в воде кислорода) условиях.

Очистка сточных вод в природных условиях

Поля орошения

В почве полей орошения находятся бактерии, актиномицеты, дрожжи, грибы, водоросли, простейшие и беспозвоночные животные. Сточные воды содержат в основном бактерии. В смешанных биоценозах активного слоя почвы возникают сложные взаимодействия микроорганизмов симбиотического и конкурентного порядка.

Количество микроорганизмов в почве земледельческих полей орошения зависит от времени года. Зимой количество микроорганизмов значительно меньше, чем летом.

Если на полях не выращиваются сельскохозяйственные культуры и они предназначены только для биологической очистки сточных вод, то они называются полями фильтрации. Земледельческие поля орошения после биологической очистки сточных вод, увлажнения и удобрения используют для выращивания зерновых и силосных культур, трав, овощей, а также для посадки деревьев и кустарников.

Земледельческие поля орошения имеют следующие преимущества перед аэротенками:

снижаются капитальные и эксплуатационные затраты;
исключается сброс стоков за пределы орошаемой площади;
обеспечивается получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных растений;
вовлекаются в сельскохозяйственный оборот малопродуктивные земли.

В процессе биологической очистки сточные воды проходят через фильтрующий слой почвы, в котором задерживаются взвешенные и коллоидные частицы, образуя в порах грунта микробиальную пленку. Затем образовавшаяся пленка адсорбирует коллоидные частицы и растворенные в сточных водах вещества. Проникающий из воздуха в поры кислород окисляет органические вещества, превращая их в минеральные соединения. В глубокие слои почвы проникание кислорода затруднено, поэтому наиболее интенсивное окисление происходит в верхних слоях почвы (0,2–0,4 м). При недостатке кислорода в пру¬дах начинают преобладать анаэробные процессы.

Поля орошения лучше устраивать на песчаных, суглинистых и черноземных почвах. Грунтовые воды должны быть не выше 1,25 м от поверхности. Если грунтовые воды залегают выше этого уровня, то необходимо устраивать дренаж.

Часть территории земледельческого поля орошения отводят под резервное поле фильтрации, так как некоторые периоды года не допускают выпуск сточной воды на поля орошения.
В зимнее время сточную воду направляют только на резервные поля фильтрации. Так как в этот период фильтрация сточной воды или прекращается полностью или замедляется, то резервное поле фильтрации проектируют с учетом площади на-мораживания.

Биологические пруды

Представляют собой каскад прудов, состоящий из 3-5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Пруды предназначены для биологической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Различают пруды с естественной или искусственной аэрацией. Пруды с естественной аэрацией имеют небольшую глубину (0,5-1 м), хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами. Время пребывания воды в прудах с естественной аэрацией составляет от 7 до 60 суток. Вместе со сточными водами из вторичных отстойников выносится активный ил, который является посевным материалом.

Пруды с искусственной аэрацией имеют значительно меньший объем, и требуемая степень очистки в них обычно достигается за 1-3 суток. Азрирующие устройства могут быть механического и пневматического типа.

При расчете прудов определяют их размеры, обеспечивающие необходимую продолжительность пребывания в них сточных вод. В основе расчета определение скорости окисления, которую оценивают по БПК и принимают для вещества, разлагающегося наиболее медленно.

Существуют разные варианты устройства прудов: серийные или каскадные, и непроточные. В непроточные пруды сточная вода подается после отстаивания и разбавления. Продолжительность пребывания воды в них составляет 20-30 суток. Качество очистки в непроточных прудах выше, чем в серийных.

Для нормальной работы необходимо соблюдать оптимальные значения рН и температуры сточных вод. Температура должна быть не менее 6°С. В зимнее время пруды не работают, их обычно опорожняют и могут использовать как накопители. Один раз в два - три года рекомендуется производить перепашку дна и посадку растительности.

Биологические пруды обладают небольшой стоимостью строительства и невысокими эксплуатационными расходами, в то же время они отличаются низкой окислительной способностью, сезонностью работы, большой занимаемой площадью, неуправляемостью, наличием застойных зон, трудностью чистки.

Очистка в биофильтрах

Биопленка растет на наполнителе биофильтра, она имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1-3 мм и более. Эта пленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей и других организмов. Число микроорганизмов в биопленке меньше, чем в активном иле.

Биологические фильтры достаточно широко применяются для очистки бытовых и производственных сточных вод при их объемном расходе до 30 тыс. м3/сут.

Биофильтры - искусственные сооружения биологической очистки представляют собой круглые или прямоугольные в плане сооружения, загруженные фильтрующим материалом, на поверхности которого выращивается биопленка; изготовляются они из железобетона или кирпича. Сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытой пленкой из микроорганизмов; отработанная (омертвевшая) биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.

По типу загрузочного материала биофильтры делятся на две категории: с объемной (зернистой) и плоской загрузкой. В качестве зернистой загрузки используют щебень, гравий, гальку, шлак, керамзит, керамические и пластмассовые кольца, кубы, шары, цилиндры и т.п. Плоская загрузка - это металлические, тканевые и пластмассовые сетки, решетки, блоки, гофрированные листы, пленки т.п., нередко свернутые в рулоны.

Биофильтры с объемной загрузкой подразделяются на капельные, высоконагружаемые, башенные. Капельные биофильтры наиболее просты по конструкции, загружаются материалом мелких фракций высотой 1 м и имеют производительность до 1000 м3/сут, на них достигается высокая степень очистки. В высоконагружаемых фильтрах применяется больший размер кусков загрузки, а ее высота составляет 2-4 м.

Высота загрузки в башенных биофильтрах достигает 8-16 м. Два последних вида фильтров применяются при расходах сточных вод до 50 тыс.м3/сут как для полной, так и неполной биологической очистки.

Применяются также погружные (дисковые) биофильтры. Они представляют собой резервуар, в котором имеется вращающийся вал с насаженными на него дисками, попеременно контактирующими со сточной водой и воздухом.

Биотенк-биофильтр представляет собой корпус, в котором заключены элементы загрузки, расположенные в шахматном порядке. Эти элементы выполнены в виде полуцилиндров, орошаются сверху водой, которая, наполняя элементы загрузки стекает через края вниз. На наружных поверхностях элементов образуется биопленка, в элементах - биомасса, напоминающая активный ил. Конструкция обеспечивает высокую производительность и эффективность очистки.

По принципу поступления воздуха в толщу аэрируемой загрузки фильтры могут быть с естественной и принудительной аэрацией. При поступлении сточных вод с БПКП> 300 мг/л во избежание частого заиливания поверхности биофильтра предусматривается рециркуляция - возврат части очищенной воды для разбавления исходами точной воды.

Применение биофильтров ограничивается возможностью их заиливания, снижением окислительной мощности в процессе эксплуатации, появлением неприятных запахов, трудностью равномерного наращивания пленки.

Очистка в аэротенках

Аэробная биологическая очистка больших объемов вод осуществляется в аэротенках - прямоугольных в плане железобетонных сооружениях со свободно плавающим в объеме обрабатываемой воды активным илом, бионаселение которого использует загрязнения сточных вод для своей жизнедеятельности.

Аэротенки можно классифицировать по следующим признакам:

Аэротенки используются в чрезвычайно широком диапазоне расходов сточных вод от нескольких сот до миллионов кубических метров в сутки.

В аэротенках-смесителях воду и ил вводят равномерно вдоль длинных стен коридора аэротенка. Полное смешение в них сточной воды с иловой смесью обеспечивает выравнивание концентраций ила и скоростей процесса биохимического окисления. Нагрузка загрязнений на ил и скорость окисления загрязнений практически неизменны по длине сооружения. Они наиболее пригодны для очистки концентрированных (БПКп до 1000 мг/л) производственных сточных вод при значительных колебаниях их расхода и концентрации загрязнений. В аэротенках-вытеснителях воду и ил подают в начало сооружения, а смесь отводят в конце его. Аэротенк имеет 3-4 коридора. Теоретически режим потока поршневой без продольного перемешивания. На практике существует значительное продольное перемешивание. Нагрузка загрязне¬ний на ил и скорость окисления изменяются от наибольших значений в начале сооружения до наименьших в его конце. Такие сооружения применяются в том случае, если обеспечивается достаточно легкая адаптация активного ила. В аэротенках с рассре доточенной подачей воды по его длине единичные нагрузки на ил уменьшаются и становятся более равномерными. Такие сооружения используются для очистки смесей промышленных и городских сточных вод.

Работа аэротенка неразрывно связана с нормальной работой вторичного отстойника, из которого возвратный активный ил непрерывно перекачивается в аэротенк. Вместо вторичного отстойника для отделения ила от воды может быть использован флотатор.

Основные технологические схемы очистки в аэротенках приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 — Основные технологические схемы очистки сточных вод в аэротенках. а — одноступенчатый аэротенк без регенерации; б — одноступенчатый аэротенк с регенерацией; в — двухступенчатый аэротенк без регенерации; г — двухступенчатый аэротенк с регенерацией; 1 — подача сточной воды; 2 — азротенк; 3 — выпуск иловой смеси; 4 — вторичный отстойник; 5 — выпуск очищенной воды; 6 — выпуск отслоенного активного ила; 7 — иловая насосная станция; 8 — подача возвратного активного ила; 9 — выпуск избыточного активного ила; 10 — регенератор; 11 — выпуск сточных вод после первой ступени очистки; 12 — аэротенк второй ступени; 13 — регенератор второй ступени.

В одноступенчатой схеме без регенератора нельзя интенсифицировать процесс очистки стоков. При наличии регенератора в нем заканчиваются процессы окисления и ил приобретает первоначальные свойства. Двухступенчатая схема применяется при высокой исходной концентрации органических загрязнений в воде, а также при наличии в воде веществ, скорость окисления которых резко различается. На первой ступени очистки БПК сточных вод снижается на 50-70 %.

Для обеспечения нормального хода процесса биологического окисления в аэротенк необходимо непрерывно подавать воздух. При аэрации должна быть обеспечена большая поверхность контакта между воздухом, сточной водой и илом, что является необходимым условием эффективной очистки.

Система аэрации представляет собой комплекс сооружений и специального оборудования, обеспечивающего снабжение жидкости кислородом, поддержание ила во взвешенной состоянии и постоянное перемешивание сточной воды с илом. Для большинства типов аэротенков система аэрации обеспечивает одновременное выполнение этих функций. По способу диспергирования воздуха в воде на практике применяются три системы аэрации: пневматическая, механическая и комбинированная.

При механической аэрации перемешивание осуществляется механическими устройствами (мешалками, турбинками, щитками и т.п.), которые обеспечивают дробление струй воздуха, вовлеченного непосредственно из атмосферы вращающимися частями аэратора (ротором).

Пневматическую аэрацию, при которой воздух нагнетается в аэротенк под давлением, подразделяют на три типа в зависимости от размера пузырьков воздуха: на мелкопузырчатую (1 - 4 мм), среднепузырчатую (5-10 мм), крупнопузырчатую (более 10 мм), В качестве распределительного устройства для воздуха в мелкопузырчатой системе аэрации применяются диффузоры, изготовленные из керамики. Пластмассы, ткани в виде фильтросных пластин, трубок, куполов. Для получения среднепуэырчатой аэрации применяют перфорированные трубы, щелевые и другие устройства. Крупнопузырчатая аэрация создается открытыми трубами, соплами и т.п.

Современный аэротэнк - это гибкое в технологическом отношении сооружение, представляющее собой железобетонный резервуар коридорного типа, оборудованный аэрационной системой. Рабочую глубину аэротенков принимает от 3 до 6 м, отношение ширины коридора к рабочей глубине от 1:1 до 2:1. Для аэротенков и регенераторов количество секций должно быть не менее двух; при производительности до 50 тыс.м3/сут назначается 4-6 секций, при большей производительности 8-10 секций, все они рабочие. Каждая секция состоит из 2-4 коридоров.

Окситенки

Окситенки - это сооружения биологической очистки, в которых вместо воздуха используется технический кислород или воздух, обогащенный кислородом.

Основным отличием окситенка от аэротенка, работающего на атмосферном воздухе, является повышенная концентрация ила. Это связано с увеличенным массообменом кислорода между газовой и жидкой фазами.

Конструктивная схема окситенка представлена на рисунке 3. Он представляет собой резервуар, круглой в плане формы с цилиндрической перегородкой, которая отделяет зону аэрации от зоны илоотделения.

Рисунок 3 — Конструктивная схема окситенка

В средней части цилиндрической перегородки прорезаны окна для перемещения иловой смеси из зоны аэрации в илоотделитель, в нижней части — для поступления возвратного ила в зону аэрации. В зону аэрации с помощью турбоаэратора подается кислород.

Сточная вода поступает в зону аэрации по трубе. Под воздействием скоростного напора, развиваемого турбоаэратором, иловая смесь через окна поступает в илоотделитель, в котором жидкость движется по окружности; при этом происходит интенсивное отделение и уплотнения ила. Очищенная вода проходит через слой взвешенного активного ила, доочищается от различных загрязнений, поступает в сборный лоток и отводится по трубке. Возвратный активный ил опускается по спирали вниз и через окна поступает в камеру аэрации.

Кроме рассмотренных сооружений биологической очистки для этих же целей могут быть использованы погружные биофильтры, аэротенки с заполнителями, анаэробные биофильтры. В этих сооружениях активный ил частично находится во взвешенном состоянии, а частично — в прикрепленном к материалу загрузки, т. е. они занимают промежуточное положение между аэротенками и биофильтрами.

Анаэробные методы биохимической очистки

Анаэробные методы обезвреживания используют для сбраживания осадков, образующихся при биохимической очистке производственных сточных вод, а также как первую ступень очистки очень концентрированных промышленных сточных вод (БПКполн 4-5 г/л), содержащих органические вещества, которые разрушаются анаэробными бактериями в процессах брожения. В зависимости от конечного вида продукта различают следующие виды брожения: спиртовое, пропионовокислое, молочнокислое, метановое и др. Конечными продуктами броже¬ния являются: спирты, кислоты, ацетон, газы брожения (СО2, Н2, СН4).

Для очистки сточных вод используют метановое брожение. Этот процесс очень сложный и многостадийный. Механизм его окончательно не установлен. Считают, что процесс метанового брожения состоит из двух фаз: кислой и щелочной (или метано-вой). В кислой фазе из сложных органических веществ образуются низшие жирные кислоты, спирты, аминокислоты, аммиак, глицерин, ацетон, сероводород, диоксид углерода и водород. Из этих промежуточных продуктов в щелочной фазе образуются метан и диоксид углерода. Предполагается, что скорости превращений веществ в кислой и щелочной фазах одинаковы.

Процесс брожения проводят в метантенках - герметически закрытых резервуарах, для ввода несброженного и отвода сброженного осадка. Схема метантенка показана на рисунке 4.

Рисунок 4 — Метантенк

Перед подачей в метантенк осадок должен быть по возможности обезвожен.

Основными параметрами аэробного сбраживания являются температура, регулирующая интенсивность процесса, доза загрузки осадка и степень его перемешивания. Процессы сбраживания ведут в мезофильных (30 - 35 °С) и термофильных (50 - 55 °С) условиях. Метантенк представляет собой железобетонный резервуар с коническим днищем, снабженный устройством для улавливания и отвода газа, а также оборудованный подогревателем и мешалкой. Применяются метантенки диаметром до 20 м и полезным объемом до 4000 м3.

Перемешивание производится механическими мешалками или гидравлическими насосами. Использование для этой цели насосов основано на перекачивании донных слоев осадка в верхние. Это приводит к рыхлению бродящей массы, т.к. в процессе перемешивания происходит выделение газа. Впуск и выпуск осадков производится с помощью насосов.

Метантенки применяются для минерализации осадков бытовых и производственных сточных вод, содержащих доступные для микроорганизмов органические вещества.

Полного сбраживания органических веществ в метантенках достичь нельзя. Все вещества имеют свой предел сбраживания, зависящий от их химической, природы. В среднем степень распада органических веществ составляет около 40%.

Для достижения высокой степени анаэробного сбраживания необходимо соблюдать по возможности высокую температуру процесса, концентрацию беззольного вещества более 15 г/л, интенсивную степень перемешивания, рН среды 6,8-7,2. Снижают эффективность сбраживания присутствие катионов тяже¬лых металлов (меди, никеля, цинка); избыток ионов NH4+, сульфидов, некоторых органических соединений и в том числе детергентов.

Процесс брожения сточных вод ведут в две ступени. При этом часть осадка из второго метантенка возвращают в первый, В первой ступени обеспечивают хорошее перемешивание.

Основным условием работы метантенка является наличие в нем сброженного осадка, обильно заселенного микроорганизмами, адаптированными к данному загрязнению. Сброженный осадок получают в пусковой период очистного сооружения. Для сокращения пускового периода в сооружение вводят зрелый осадок из работающего метантенка или из других источников, например, из канализационных колодцев, так как свежий осадок сбраживается очень медленно (до 6 месяцев). При соотношении 2:1 зрелого осадка к свежему происходит сравнительно быстрая адаптация микроорганизмов к данному загрязнению и резкому сокращению пускового периода.

Пусковой период сопровождается кислым брожением при котором в иловой жидкости накапливаются летучие жирные кислоты, снижается рН, исчезает щелочность. Вся бродящая масса приобретает неприятный запах из-за выделения индола, скатола и меркоптана и серый цвет. В газообразной фазе появляется сероводород, убывает содержание метана и возрастает количество СО2.

Разлагающаяся часть осадка сточных вод состоит главным образом из углеводов, жиров и белковых веществ. Находясь в одинаковых условиях, эти составные части осадка минерализуются с различными скоростями и достигают различной величины разложения. Возбудителями метанового брожения в метантенке являются те же группы микробов, которые участвуют в минерализации органического вещества в двухярусном отстойнике. Только в метантенке эти процессы протекают более напряженно из-за того, что в нем создаются благоприятные условия для развития анаэробной микрофлоры.

Наиболее интенсивно процессы распада протекают в термофильных условиях. Термофильные микроорганизмы имеют весьма энергичный обмен веществ; процессы осмотического всасывания и удаления ненужных веществ из клеток протекает быстрее, чем у мезофиллов. При термофильном брожении распад органического вещества достигает 55 – 65 %. Кроме того, в этих условиях происходит отмирание патогенной микрофлоры кишечной группы.

Процессы распада можно ускорить введением в бродящую массу концентрированных «биокатализаторов», которые состоят из смеси энзимов, выделяемых бактериями, разлагающими органическое вещество.

При брожении в метантенках из одного кубометра твердой фазы сточной жидкости образуется от 10 до 18 м3 газа, который в среднем содержит 63-65% метана, 32-34% СО2. Теплотворная способность газа 23 МДж/кг. Его сжигают в топках паровых котлов. Пар используют для нагрева осадков в метантенках или для других целей.

Осадок твердой фазы, не разрушенной при брожении, содержат минеральные и органические вещества, необходимые для нормального развития растений, поэтому его можно использовать как удобрение. Кроме того сброженный осадок используют в виде топлива. Для этого его подсушивают на иловых площадках, а затем формуют в топливные брикеты.

Широкое использование биохимического метода обусловлено:

Возможностью удалять из сточных вод разнообразные органические и некоторые неорганические соединения, находящиеся в воде в растворенном, коллоидном и нерастворенном состоянии, в том числе и токсичные;
Простатой аппаратурного оформления;
Относительно невысокими эксплуатационными затратами;
Глубиной очистки

К недостаткам метода относятся:

Высокие капитальные затраты;
Необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки;
Токсичное действие на микроорганизмы ряда органических и неорганических соединений;
Необходимостью разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей.

Для определения возможности подачи промышленных сточных вод на биохимические очистные сооружения устанавливают максимальную концентрацию токсических веществ, которые не влияют на процессы биохимического окисления и на работу очистных сооружений. При отсутствии таких данных возможность биохимического окисления устанавливается по биохимическому показателю: при отношении БПК п/ХПК > 50 % вещества поддаются биохимическому окислению. При этом необходимо, чтобы сточные воды не содержали ядовитых веществ и примесей солей тяжелых металлов. Биохимическую очистку считают полной, если БПКп сточной воды <20 мг /л и неполной, если БПКп > 20 мг /л.

Биологические пруды представляют собой каскад прудов, состоящий из 3 -- 5 ступеней, через которые медленно протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Пруды устраиваются для биологической очистки сточных вод в естественных условиях на слабофильтрующих грунтах в виде отдельных водоемов. В результате жизнедеятельности плангтона (фитопланктона) ассимилируется свободная и бикарбонатная кислота, благодаря чему рН воды днем повышается до 10 -- 11, что приводит к быстрому отмиранию бактерий.

Биологические пруды как самостоятельные очистные сооружения по СНиП допускается применять (при надлежащем обосновании) для населенных мест, расположенных в IV климатическом районе. Пруды могут проектироваться также для доочистки сточных вод в сочетании с другими очистными сооружениями.

В биологических прудах должно быть 2--3 ступени -- при поступлении биологически очищенных сточных вод и 4--5 ступеней -- при поступлении отстоенных сточных вод.

Биологические пруды рассчитываются по нагрузке сточными (первый случай) водами на 1 га водной поверхности пруда или по величине реаэрации (второй случай).

В первом случае эта нагрузка принимается равной (без разбавления для отстоенных сточных вод) до 250 м3/га в сутки и для биологически очищенных сточных вод -- до 5000 м3/га в сутки; во втором случае -- из расчета величины реаэрации, равной 6 -- 8 г кислорода в сутки с 1 м2 пруда в зависимости от климатических условий (СНиП).

Среднюю глубину воды в биологических прудах принимают в зависимости от местных условий в пределах 0,5--1 м. При использовании прудов для рыборазведения к ним должна подводиться осветленная сточная жидкость, разбавляемая речной водой в 3--5 раз. При этом в составе биологических прудов должен быть малый пруд глубиной не менее 2,5 м, предназначенный для рыбы в зимнее время.

При очистке сточных вод в биологических прудах, уменьшается количество бактерий -- более чем в 100 раз, понижается окисляемость на 90%, снижается количество органического азота -- на 88, аммиака -- на 97 и БПК -- до 98%. Осенью пруды, не предназначенные для выращивания рыбы, опорожняют, в зимнее время их используют как накопители. Весной пруды заполняются водой и примерно через месяц начинают работать на проток. Возможна также контактная работа прудов. Дно пруда рекомендуется ежегодно вспахивать. Сточные воды должны находиться в прудах 20--30 суток. Впускать сточные воды в пруды рекомендуется в дневное время. Пруды нужно располагать вблизи естественных водоемов. Количество растворенного кислорода в воде должно быть не ниже 2,5 мг/л. Дно пруда планируется в сторону выпуска. Глубина у впуска обычно принимается 0,5 м, у выпуска -- до 1--2 м. Пруды проектируются площадью 0,5--1,5 га и более.

При проектировании прудов, имеющих естественный водосбор, водосбросные сооружения нужно рассчитывать на дополнительный пропуск паводкового и ливневого расхода. В зависимости от условий выпуска (опорожнения), диктуемых рельефом, емкость пруда может быть образована устройством запруд по тальвегам, использованием существующих либо созданием искусственных выемок (котловин), ограждением территории валиками (дамбами). В верхнем пруде устраивают 2--3 впуска. Для лучшего распределения потока сточной жидкости поперек первого пруда устанавливают два ряда плетней. Перепуски из прудов устраивают в виде лотков шириной 0,4 м через 30 м. Из последнего пруда вода выпускается при помощи шахтных водосбросов.

После выхода из очистных сооружений сточные воды выпускаются в тальвеги балок и оврагов, где устраиваются каналы с незначительным уклоном, длина которых достигает сотен метров, а иногда и нескольких километров.

Исследуемые каналы располагались в тальвегах сухих балок со среднегодовой температурой воздуха местности 6,8 + 7,1°С и среднегодовым количеством осадков 500--510 мм. Скорость движения сточной воды в этих каналах колебалась в пределах 0,01--0,05 м/сек, время пребывания стоков в канале -- от 7 до 28 ч. Слой воды в канале (не считая осадка) приняли в пределах 0,025--0,15м, ширина канала -- в пределах 0,65--1,5 м.

На сточную воду, протекающую в каналах с малой скоростью и малой глубиной, но сравнительно большой шириной потока, воздействуют солнечные лучи, кислород воздуха и другие климатические факторы, отчего концентрация загрязнений в сточной воде по мере удаления ее от места выпуска уменьшается. Происходит естественное самоочищение сточных вод. Такие каналы называются естественными окислительными каналами, так как в них происходят процессы окисления, подобные процессам, происходящим в биологических прудах.

Искусственные окислительные каналы применяют за рубежом (Голландия, США и др.) в климатических условиях с минимальной температурой воздуха (до --8°С) и дают хорошие результаты при очистке малых количеств сточных вод. В таких каналах концентрация загрязнений снижается по БПК5 до 98%, резко падает бактериальное загрязнение и содержание взвешенных веществ. Искусственные окислительные каналы как очистные сооружения в наших условиях применяются пока редко.

Степень очистки сточных вод в естественных каналах зависит от длины сбросного канала и его уклона.

При очистке сточных вод в естественных окислительных каналах на двух объектах отбирались пробы сточной воды перед септиками, после септиков и по каналам через каждые 100 м, для химических и бактериологических анализов. На обоих объектах количество сточных вод колебалось в пределах 100--150 м3 в сутки. Первичными отстойниками служили септики, плохо эксплуатируемые (почти не очищались).

Анализы показали, что в естественных окислительных каналах намного снизилась концентрация загрязнений сточных вод. На протяжении исследуемых 1000 м канала сточная вода очищается, как в химическом, так и в бактериологическом отношениях.

Послемеханической обработки в воде остаются частьвзвешенных веществ, растворенныеорганические вещества и большое количествомикроорганизмов . Биологический методоснован на использовании жизнедеятельности аэробныхмикроорганизмов , для которыхорганические веществасточных вод (в растворенном и коллоидном состоянии) являются источникомпитания . При наличии свободногокислорода в сточных водах микроорганизмыокисляют (минерализуют) органические вещества.

Основнойцелью биологической очистки городских сточных вод являются разложение и минерализация органических веществ, находящихся в коллоидном и растворенном состоянии. Эти вещества нельзя удалить из стоков механическим путем.Освобождение сточных вод от органических веществ происходитв двефазы .

Первая – фазасорбции . В основе ее лежат физико-химические процессы адсорбции органических веществ и коллоидов поверхностью микробной клетки.Вторая фаза– последовательноеокисление растворенных и адсорбированных органических веществ, в основе которого лежит усвоение микроорганизмами органических веществ.

С гигиенической точки зрения полнаяминерализация всех органических примесей сточных вод не считается необходимой.Задача биологической очистки городских сточных вод состоит в минерализации органических веществ до такой степени, при которой сточные воды можно было бы сбросить в водный объект, не нарушая его санитарного режима.

Распад органических соединений разных классов происходит в определеннойпоследовательности и с различнойскоростью . Разложениеуглеводов до углекислого газа и воды идет чрезвычайно быстро, всего несколько часов. Медленнее окисляютсяжиры . Наиболее сложно и длительно осуществляется распадбелковых веществ, поступающих в сточные воды большей частью в виде мочевины. Мочевина гидролизуется под влиянием бактерий до карбонатааммония . На следующем этапе аммонийные соли окисляются внитриты , затем нитриты превращаются внитраты .

Процесснитрификации связан с потреблением большого количествакислорода , что учитывается при организации биологической очистки. Нитрификация – процессэкзотермический , это значительно облегчает эксплуатацию очистных сооружений взимнее время. Нитрификацию следует рассматривать не только как минерализацию азотистых органических шлаков, но и как накопление связанного кислорода в воде. При дефиците кислорода в водном объекте связанный кислород нитратов может быть мобилизован в процесседенитрификации .

Условиями жизнедеятельности микроорганизмов являются:

Температура в пределах 20 – 30 о С;

РН в пределах 6,5 – 7,5;

БПК полн :N : Р = 100: 5: 1;

Концентрация кислорода не менее 2 мг/л;

БПК нач 5000 мг/л; БПК кон 10 мг/л;

Невысокое содержание токсичных веществ (в пределах ПДК б), в противном случае гибнет микрофлора.

Биологическая очистка сточных вод может происходить в естественных и искусственных условиях.

1) Очисткав естественных условиях (почвенные методы). Способ известен сдревних времен. Он используется в основном для очисткибытовых игородских сточных вод, а не чисто производственных. Для очистки сточных водприменяют поля орошения, поля фильтрации и биологические пруды (биопруды).

А)Земледельческие поля орошения (ЗПО) – это специально подготовленные (спланированные)участки земли для приема предварительно очищенных (прошедшихмеханическую очистку) сточных вод с целью ихдоочистки . Поля состоят изкарт , спланированных горизонтально или с незначительнымуклоном и разделенных земляными оградительнымиваликами . Онииспользуются одновременно для очистки сточных вод иагрокультурных целей. Очистка в этих условиях идет поддействием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений. Сточная вода распределяется по картаморосительной сетью. Вода, профильтрованная через слой почвы, отводитсяосушительной сетью.

Прифильтрации сточных вод через почву в ее верхнем слое задерживаютсявзвешенные и коллоидные вещества, образующие на поверхности густонаселенную микроорганизмамипленку . Пленкаадсорбирует на своей поверхности растворенные вещества, находящиеся в сточных водах. Микроорганизмыминерализуют органические вещества с использованием растворенногокислорода .

Очистка сточных вод на полях фильтрации происходит в результате жизнедеятельностимикрофлоры , населяющей почву. В 1 г почвы присутствуют сотни тысяч, а в некоторых почвах до миллиардабактерий . При орошении сточной водой, содержащей много питательного субстрата, увлажняющей и согревающей, создаютсяусловия для интенсивного размножения и ускорения обменных реакций почвенного биоценоза. Каждая структурная единица почвы на полях оказывается покрытой сплошным слоем микрофлоры – так называемой биологическойпленкой . На поверхности биопленки сорбируются и минерализуются растворенные и коллоидные вещества сточной жидкости.

Затем эти участки используют длясельскохозяйственных целей, На них выращивают сельскохозяйственные культуры, то есть сточные воды используются какудобрение . На поляхвыращивают огородные или кормовые культуры, сеяные травы. ЗПО могут быть круглогодичного или сезонного действия. На ЗПО разрешается подавать сточную жидкость, прошедшую механическую очистку. Нормынагрузки на ЗПО невелики: 5 – 15 м 3 /(га . сут), что в 5 – 15 раз меньше, чем на коммунальных полях орошения. При правильной эксплуатации ЗПО не могут являться фактором передачи возбудителей кишечных инфекций, поэтому необходим строгий и тщательный контроль соблюдения правил эксплуатации ЗПО.

При использовании метода достигается высокий (до 99%)эффект бактериальнойочистки . Однако для полей орошения основной задачей является очистка сточных вод.

Б)Поля фильтрации – это земельные участки, предназначенные только дляполной биологической очистки предварительно осветленных сточных вод. При очистке сточных вод на полях фильтрации используетсясамоочищающая способность почвы: наиболее интенсивно процесс окисления органических загрязнений идет вверхних слоях почвы (0,2 – 0,3 м), где соблюдается благоприятныйкислородный режим.

Ихустраивают на песках, супесях. Поля можно устраивать также на суглинистых грунтах и тощих глинах, однако нагрузку по сточным водам в этом случае снижают. На полях производится распределение и фильтрация через почву сточных вод. Уровеньгрунтовых (УГВ) вод на территории, используемой под поля, должен быть на глубине не менее 1,5 м от поверхности. При более высоком положении УГВ необходимо устройстводренажа .

Для небольших рабочих поселков,малых городов устройство полей орошения и фильтрации можно признать весьма целесообразным в связи со сравнительной простотой их устройства и эксплуатации. Рекомендовать поля орошения для отдельно стоящих объектов внеканализованной местности (санатории, дома отдыха) не следует из-за трудности обеспечения обслуживающим персоналом.

В)Биопруды (рис. 6.1) – это искусственно созданные неглубокиеводоемы на слабофильтрующих грунтах глубиной 0,5 – 1 м. Они представляют собойкаскад прудов, состоящий из трех-пятиступеней , через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Их применяют в случаях, когда при наличии достаточныхплощадей отсутствуют хорошо фильтрующиепочвы . Иногда устраивают биопрудыс искусственной аэрацией глубиной до 3 м.

Рис. 6.1. Схема биопруда

Процесс очистки в этих сооруженияханалогичен процессам, происходящим при самоочищенииводоемов . Для устройства биологических прудов могут быть использованы естественныевпадины местности, заброшенные карьеры, а также специально созданные водоемы.

Пруды используют в качествевторой ступени биологической очистки, а также дляглубокой очистки биологически очищенных сточных вод с доведением величины БПК п до 5 – 6 мг/л. Небольшаяглубина позволяет создать значительную поверхностьконтакта обрабатываемой воды с воздухом, обеспечить прогрев всей толщи воды и хорошее ее перемешивание.

Биологические пруды обеспечиваютвысокоэффективную очистку – количество кишечной палочки снижается на 95,9 – 99,9% исходного, почти полностью задерживаются яйца гельминтов.

Однако нормальный ход очистки в биологических прудах возможен лишь втеплое время года. Притемпературе воды ниже 6 о С очистка резко ухудшается, что ограничивает использование биологических прудов как самостоятельных сооружений. При необходимости повышенной очистки биопруды можно устраивать после биофильтров или аэротенков как 3-ю ступень очистки.

К недостаткам метода очистки сточных вод в естественных условиях относятся:

Низкая окислительная способность;

Сезонность работы;

Потребность в больших территориях.

2) Сооружения с очисткой сточных водв искусственно созданных условиях. Разработка искусственных методов очистки началась в начале прошлого века. Для очистки сточных водприменяют биофильтры и аэротенки.

А)Биофильтр (рис. 6.2) представляет собой слойфильтрующего материала высотой 1,5 – 2 м, через который пропускаетсясточная вода. Через 2 – 3 недели (периодадаптации микроорганизмов) на загрузочном материале образуетсябиопленка толщиной 1 – 3 мм и более, способнаясорбировать на своей поверхности органические вещества. Загрузочный материал заселяется бактериями, грибами, простейшими и другими организмами. По мере увеличения толщины пленки ее нижние минерализованные слоиотмирают и уносятся вместе с водой. Отличительнойособенностью (следовательно, и активная биомасса) закреплена нанеподвижном материале.

Сверху биофильтры имеюторосители для распределения сточных вод позагрузке. В нижней части резервуаров имеютсяокна , обеспечивающие естественную или принудительнуюаэрацию поверхности биопленки, формирующейся на поверхности загрузки. Сточная вода проходит через толщу фильтрующего материала, дырчатое дно фильтра, а затем поступает через междудонное пространство на непроницаемое днище, откуда отводится по лоткам, расположенным за пределами биофильтра.

Рис. 6.2. Схема устройства биофильтра

1 – ограждающая стенка; 2 – горизонтальное дырчатое дно фильтра; 3 – сплошное

непроницаемое днище; 4 – загрузка (слой фильтрующего материала); 5 – распределительное

устройство для равномерного распределения сточной воды по поверхности

Биофильтрыклассифицируются по различнымпризнакам :

- по типувентиляции они бывают с естественной и искусственной вентиляцией.Естественная вентиляция осуществляется при помощиокон в междудонном пространстве в ограждающей стене, приискусственной вентиляции воздух в междудонное пространство подается при помощивентиляторов под давлением. Искусственную аэрацию тела фильтра устраивают для повышения окислительной способности путем подачи компрессором сжатого воздуха в дренежное пространство. При этом появляется возможность увеличить высоту загрузки с 2 до 4 м, а окислительная мощность возрастает в 2 – 4 раза;

- по типузагрузки (по конструктивным особенностям загрузочного материала) биофильтры бываютс объемной загрузкой(щебень, гравий, керамзит, шлак, с крупностью отдельных фракций 15 – 80 мм, плотностью 500 – 1500 кг/м 3 и пористостью 40 – 50%); ис плоскостной загрузкой(пластмасса, керамика, металл, ткани);

Попроизводительности биофильтры собъемной загрузкой делятся:

Накапельные производительностью до 1000 м 3 /сут (с естественной вентиляцией), имеющие крупность фракций загрузочного материала 20 – 30 мм и высоту слоя загрузки 1 – 2 м;

-высоконагружаемые (аэрофильтры) производительностью до 50000 м 3 /сут (с естественной и искусственной вентиляцией, с продувкой воздухом, имеющие крупность фракций загрузочного материала 40 – 60 мм и высоту слоя загрузки 2 – 4 м). Высоконагружаемые биофильтрыотличаются от капельных больше окислительноймощностью , обусловленной лучшим обменом воздуха и незаиляемостью загрузки. Достигается это применением загрузочного материала повышенной крупности, увеличением рабочей высоты загрузки и гидравлической нагрузки;

-башенные (большой высоты), имеющие крупность фракций загрузочного материала 60 – 80 мм и высоту слоя загрузки 8 – 16 м. В башенных биофильтрах загрузка располагается по вертикали ярусами высотой 2 – 4 м, разделенными решеткой. При этом создается тяга, как в аэродинамической трубе, и искусственная аэрация необязательна.

Биофильтры сплоскостной загрузкой появились в 50-х годах 20 века. Их можно разделить на группы по типузагрузки :

-жесткая засыпная в виде колец, обрезков труб и других элементов – могут быть использованы керамические, пластмассовые и металлические засыпные элементы плотностью 100 – 600 кг/м 3 и пористостью 70 – 90% при высоте слоя 1 – 6 м;

-жесткая блочная в виде решеток или блоков, собранных из чередующихсяплоских игофрированных листов, Могут быть использованы различные видыпластмасс (поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, полистирол и др.) плотностью 40 – 100 кг/м 3 и пористостью 90 – 97% при высоте слоя 2 – 16 м, а такжеасбестоцементные листы плотностью 200 – 250 кг/м 3 пористость (73 – 99%) по сравнению с загрузкой изфракционных материалов (50%), благодаря чему обеспечиваются лучшие условияобтекания биологической пленки воздухом и соответственно повышаетсяпроизводительность сооружений (окислительная мощность больше в 2 – 3 раза);

-мягкая из металлических сеток , пластмассовыхпленок илисинтетических тканей (нейлон, капрон), которые крепят на специальных каркасах или укладывают в виде рулонов, Такая загрузка имеет плотность 5 – 60 кг/м 3 и пористость 94 – 99% при высоте слоя до 3 – 8 м. В РФ выпускаютгладкую винипластовую пленку, а такжеперфорированную игофрированную .

Биофильтры с жесткой засыпной и мягкой загрузкой рекомендуетсяприменять при расходах сточных вод до 10 тыс. м 3 /сут, а биофильтры с жесткой блочной загрузкой – при расходах до 50 тыс. м 3 /сут.

Биофильтры сплоскостной загрузкой имеют более высокуюпроизводительность вследствие большей в два раза (по сравнению с объемной загрузкой) пористости и значительно большей удельной поверхности (80 – 450 м 2 /м 3 против 50 – 80). Это позволяет отказаться от принудительной вентиляции и сэкономить электроэнергию.

На рис. 6.3 приведена секция биофильтра с пластмассовой насадкой.

Рис. 6.3. Секция биофильтра с пластмассовой насадкой

Эффект очистки сточных вод на биофильтрах по БПК 20 составляетсвыше 90%. Окислительная способность биофильтра высокая из-за хорошей аэрации фильра через поры, образующиеся между кусками загрузки. Сточная жидкость просачивается через тело фильтра в течение 2 – 3 ч, и уже за это время в ней появляются нитриты. В почвенных условиях этот процесс занимает недели.

Б)Аэротенк – это проточноесооружение со свободно плавающимактивным илом. Аэротенки выполняют в виде длинных железобетонных прямоугольныхрезервуаров глубиной 3 – 6 м, шириной 6 – 10 м. длиной до 100 м. Аэротенки состоят из несколькихсекций (коридоров), разделенныхперегородками .

В аэротенках происходит образованиеактивного ила – совокупности микроорганизмов и твердых частиц.Активный ил включает в себя бактерии, простейшие, грибы, водоросли, способныесорбировать на своей поверхности органические загрязнения иокислять их в присутствии кислорода. Принципиальнаясхема работы аэротенка показана на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Принципиальная схема работы аэротенка

1 – первичный отстойник; 2 – аэротенк; 3 – вторичный отстойник; 4 – насосная станция;

5 - циркулирующий активный ил; 6 – избыточный активный ил; 7 – подача воздуха в аэротенк

Сточная жидкость после осветления впервичных отстойниках поступает в аэротенк исмешивается с циркулирующим активным илом. Смесь сточных вод и активного ила по всей длине аэротенкапродувается воздухом, поступающим изкомпрессорной станции. Аэробныемикроорганизмы сорбируют органические вещества из сточных вод и в присутствии кислородаокисляют их.

Из аэротенка смесь сточных вод с активным илом направляется вовторичный отстойник, где активный ил оседает. В результате роста микроорганизмовмасса ила в аэротенке непрерывновозрастает . Поэтому насосная станция перекачиваетизбыточный активный ил из вторичного отстойника вилоуплотнители , ациркулирующий активный ил – обратно в аэротенк.Вторичные отстойники служат дляотделения очищенной воды от активного ила. Ихконструкция практически не отличается от конструкциипервичных отстойников (они бывают горизонтальные, вертикальные и радиальные).

При биологической очистке сточных вод протекаютдва процесса :сорбция загрязнений активным илом и их внутриклеточноеокисление микроорганизмами.Скорость сорбции значительно превышает скорость биоокисления, поэтому после окончания процесса сорбции и достижения требуемого эффекта очистки по БПК отделившийся в отстойнике ил направляют врегенератор (секцию аэротенка) с цельюбиоокисления остаточных загрязнений сточных вод.

Таким образом, для обеспеченияустойчивой работы аэротенков устраиваютрегенераторы – сооружения, в которых восстанавливаетсясорбирующая способность активного ила. Ил в регенераторах постоянноаэрируется . Под регенераторы обычно выделяют частькоридоров аэротенка.

Для обеспечения микроорганизмов кислородом, а также для поддержания ила во взвешенном состоянии применяют непрерывную искусственнуюаэрацию смеси сточных вод и активного ила. Таким образом, активнаябиомасса находится в аэротенке вовзвешенном состоянии.

Система аэрации является важнейшим конструктивным элементом аэротенка.Эта системасостоит из комплекса сооружений и специального оборудования, обеспечивающего снабжение жидкости кислородом, поддержание ила во взвешенном состоянии и постоянное перемешивание сточной воды с илом. Для большинства типов аэротенков система аэрации обеспечивает одновременное выполнение всех этих функций, лишь в окситенке перемешивание механическими мешалками не связано с системой подачи кислорода.

Различаюттри системы аэрации:

-пневматическая (воздух нагнетается в аэротенк под давлением);

- механическая (воздух поступает в аэротенк при вращении в нем жидкости механическими устройствами, например, вращающимися мешалками, щетками, турбинками и т.п.);

- комбинированная (смешанная, пневмомеханическая).

Наибольшеераспространение получилипневматические системы аэрации.

В зависимости от типа применяемыхаэраторов и размеров образующихсяпузырьков различаюттри вида аэрации:

Мелкопузырчатая (с размером пузырьков 1 – 4 мм);

Среднепузырчатая (5 – 10 мм);

Крупнопузырчатая (более 10 мм).

Ккрупнопузырчатым аэраторам относятся открытые снизу вертикальныетрубы , сопла. Ксреднепузырчатым относят перфорированные трубы, щелевые и другие устройства. Кмелкопузырчатым относят аэраторы изпористых материалов (керамических, тканевых и пластиковых).

В России наиболеераспространенным типом мелкопузырчатого аэратора являетсяфильтросная пластина. Ее изготавливают изшамота (огнеупорная глина, каолин), который связан смесью жидкого стекла с мелкой шамотной пылью. Также ее изготавливают из кварцевогопеска и кокса, которые связаны бакелитовой смолой (феноло-формальдегидной).Размер пластин составляет 300х300 мм,толщина пластин – 35 - 40 мм. Средний размерпор отечественных фильтросов составляет 100 мкм.

Резервуар оборудованвоздуховодами , из которых постоякам воздух подается в фильтросныеканалы , закрытыефильтросами – пористыми шамотными или пластиковымипластинами . Их заделывают цементным раствором вжелезобетонные каналы , устраиваемые в днище аэротенка вдоль длинной его стороны (рис. 6.5). Через такие пластиныпроисходитмелкопузырчатая аэрация смеси в аэротенке.

Рис. 6.5. Типовой четырехкоридорный аэротенк:

1 – воздуховоды; 2 – стояки; 3 – фильтросный канал

Пластины подверженызасорению пылью (ограничивается содержание пыли в воздухе) и зарастанию бактериальной пленкой. Поэтому их периодическиочищают , и в среднем через каждые 7 лет заменяют новыми.Среднепузырчатые аэраторы – перфорированные трубы диаметром 6 – 10 мм менее эффективны, но и меньше засоряются.В зарубежной практике вместо фильтросных пластин применяютдиффузоры различной формы, устанавливаемые на подводящем трубопроводе.

Примеханической системе аэрации в качестве источника кислорода используется непосредственно наружный воздух, вовлекаемый в аэротенк при вращении в нем жидкости мешалкой-аэратором. Механическиеаэраторы обычноклассифицируют по типу расположения оси вращения ротора на горизонтальные и вертикальные. Наибольшее разнообразие видов имеют аэраторы с вертикальной осью вращения. Эти аэраторы могут располагаться либо на поверхности, либо в толще воды (соответственно кавитационная или импеллерная система).

Аэротенки можноклассифицировать по следующим основным признакам (рис. 6.6).

По структуре потока - аэротенки-вытеснители, аэротенки-смесители и аэротенки с рассредоточенным впуском сточной жидкости, аэротенки промежуточного типа.

По способу регенерации активного ила - аэротенки с отдельно стоящими регенераторами ила, аэротенки, совмещенные с регенераторами.

По нагрузке на активный ил - высоконагружаемые, обычные и низконагружаемые.

По числу ступеней - одно-, двух- и многоступенчатые.

По конструктивным признакам - прямоугольные, круглые, комбинированные, противоточные, шахтные, фильтротенки, флототенки и др.

По типу систем аэрации - с пневматической, механической, комбинированной гидродинамической или пневмомеханической.

Аэротенки могут быть успешноприменены для полной или частичной очистки многих видов сточных вод в широком диапазоне концентраций загрязнений и расходов сточных вод.

Существуют различныеклассификации (схемы работы) аэротенков: аэротенки-вытеснители, аэротенки-смесители и аэротенки с рассредоточенным выпуском сточной жидкости (промежуточного типа).

В аэротенках-вытеснителях , имеющих один - четыре коридора, вода и ил подаются в начало сооружения, а смесь отводится в конце его. Теоретически режим потока в вытеснителях должен быть поршневым без продольного перемешивания. Их применяют для очистки сравнительно слабо загрязненных городских и подобных им производственных сточных вод (БПК п до 500 мг/л).Однако, в коридорных аэротенках существует значительное продольное перемешивание. В большей степени режиму вытеснителя соответствуют конструкции аэротенков ячеистого типа.

Аэротенкячеистого типа представляет собой прямоугольное в плане сооружение, разделенное на ряд отсеков поперечными перегородками. Смесь из первого отсека переливается во второй (снизу), из, второго - в третий (сверху) и т. д. В каждой ячейке устанавливается режим полного смешения, а сумма ряда последовательно расположенных смесителей составляет практически идеальный вытеснитель.

Ваэротенках-смесителях сточная вода и ил подводятся и отводятся равномерно вдоль длинных сторон сооружения на расстоянии 3 – 4 м друг от друга и перемешиваются почти со всем объемом воды сооружения. Иловая смесь, таким образом, протекает не вдоль, апоперек аэротенка. Аэротенк-смеситель применяют обычно для очисткипроизводственных сточных вод с высокой концентрацией органических загрязнений, а также при резкихколебаниях концентрации загрязняющих веществ в сточной воде.Принимается, что поступающая смесь очень быстро (в расчетах мгновенно) смешивается с содержимым всего сооружения.

В аэротенкахпромежуточного типа можно рассредоточенно подать либо воду, либо ил с отводом смеси сосредоточенно в конце аэротенка. На практике применяется первый тип - с рассредоточенной подачей воды. Ихприменяют для очистки смесей промышленных и городских сточных вод.

Время пребывания сточных вод в аэротенках составляет 8 – 10 ч.

В аэротенках с разными структурами потока существенно различны и условия развития популяциимикроорганизмов . В аэротенках-вытеснителях нагрузка на ил и скорость потребления кислорода максимальны в начале сооружения и минимальны в конце. Если воздух подается равномерно по всей длине аэротенка, то в начале процесса может отмечаться глубокийдефицит кислорода . Условия развития популяции микроорганизмов в этой системе оптимальны только в какой-то средней части сооружения, где имеется соответствие между уровнем питания и наличием растворенного кислорода. Аэротенки-вытеснители плохо справляются с залповыми перегрузками по загрязнениям, в них нельзя, существенно повысить рабочую концентрацию ила.

Рис. 6.6. Схемы аэротенков:

а - вытеснители;б - смесители;в - с рассредоточенным впуском воды;

г - с неравномерно распределенной подачей жидкости типа АНР;

д - с регенераторами;е - ячеистого типа; I - сточная вода;

II - активный ил; III - иловая смесь; 1 - аэротенк; 2 - вторичный отстойник; 3 - регенератор.

Нагрузка на ил, скорости процесса изъятия загрязнений и потребление кислорода в аэротенках-смесителях (называемых также аэротенками полного смешения) постоянны во всем объеме сооружения. Ил находится в одной достаточно узкой стадии развития культуры, обусловленной величиной нагрузки на ил. Условия существования культуры близки к оптимальным. Однакокачество очищенной воды при прочих равных условиях может оказаться несколько ниже, чем в аэротенках-вытеснителях, поскольку в силу особенностей гидродинамической структуры потока, обусловливающих вероятность попадания части только что поступившей сточной воды в отводную систему, снижается общий эффект очистки. Эта вероятность тем выше, чем ближе конструкция сооружения к идеальному смесителю.

Прирассредоточенной подаче жидкости полная нагрузка по загрязнениям достигает максимума к концу сооружения, но степень очистки воды может быть очень высокой, так как по мере продвижения смеси по аэротенку ранее поданные загрязнения успевают срабатываться и к концу аэротенка уровень питания истинный (а не расчетный) может соответствовать состоянию ила с высокой окислительной способностью.

Аэротенк срассредоточенной подачей воды имеет тот женедостаток , что и аэротенк-вытеснитель: отсутствие оптимальных условий по кислородному режиму в сооружении. Однако общая масса ила в аэротенке с рассредоточенной подачей воды выше, чем в вытеснителе, в связи с чем пропускная способность этого аэротенка также выше.

Аэротенки-вытеснители коридорного типа применяют при начальной БПК полн не более 500 мг/л. Ширина коридоров принята 4,5; 6 или 9 м, шаг длины коридора равен 6 м.

Аэротенки-смесители рекомендуется применять для сточных вод с высокой начальной БПК, а также при резких колебаниях состава воды. Практически все аэротенки небольшого размера с механическими аэраторами относятся к типу аэротенков-смесителей. Наибольшее распространение получили аэротенки-смесители, совмещенные со вторичными отстойниками.

Заключительным этапом обработки городских сточных вод является ихобеззараживание . В качествеобеззараживающего агентачаще всего используютхлор , как газообразный, так и в виде хлорной извести. Однако у метода хлорирования сточных вод есть серьезные гигиенические и экологическиеограничения . При хлорировании в сточной воде образуются стойкиехлорорганические соединенияв токсичных для биоты водного объекта и человекаконцентрациях . Немаловажна и высокаявзрывоопасность складов жидкого хлора. В последние годы в практикуобеззараживаниясточных вод успешно внедряется методультрафиолетового облучения.

В регионах с высокой плотностью населения и при малой мощности водных объектов – приемников сточных вод традиционныесхемы очистки городских сточных вод не могут обеспечить должного гигиеническогоэффекта главным образом из-за того, что даже биологически очищенные воды содержат большое количествобиогенных элементов– фосфора, калия и азота. Традиционныеметоды очистки городских сточных вод не освобождают их от синтетических органических веществ, порой вредных и опасных с токсикологической точки зрения. Совокупностьдополнительных методов обработки сточных вод получила названиедоочистки . Этокомплекс методов и приемов, выходящих за пределы этапов механической и биологической очистки, направленный на достижение нормативного качества восстановленной воды.