Основные технологические схемы биохимической очистки сточных вод и применяемое оборудование

Биологическая очистка сточ­ных вод осуществляется при помощи живых организмов разного уровня организации. Существуют два направления биологической очистки: метод биологической очистки и метод биологической доочистки сточных вод.

Метод биологической очистки основан на способности некоторых микроорганизмов питаться растворенными в воде органиче­скими и некоторыми неорганическими веществами. В процессе потребле­ния этих веществ происходит их окисление кислородом, растворенным в воде. Часть окисляемого микроорганизмами вещества используется для увеличения биомассы и для размножения этих организмов, а другая пре­вращается в безвредные продукты окисления - воду, диоксиды углерода, азота и др.

Микроорганизмы, которые участвуют в процессе биологической очи­стки, формируются в виде активного ила или биопленки. Активный ил имеет вид буро-желтых мелких хлопьев размером 3-150 мкм, взвешен­ных в воде и представляющих собой колонии живых микроорганизмов, в том числе бактерий, образующих слизистые капсулы (зооглеи). Биоплен­ка - это слизистые обрастания живыми микроорганизмами фильтрующего материала очистных сооружений.

На интенсивность и эффективность очистки оказывают влияние усло­вия жизнедеятельности микроорганизмов в очистных сооружениях. Пре­жде всего для окисления органических веществ микроорганизмам необ­ходим кислород. Для насыщения сточной воды кислородом ее аэрируют, разбивая воздушный поток на пузырьки, которые как можно более равно­мерно распределяют в объеме сточной воды. Питательными веществами для микроорганизмов активного ила явля­ются загрязняющие воду органические вещества, однако избыточная их концентрация в сточных водах может умертвить микроорганизмы. Но от­сутствие в стоках достаточного количества веществ, необходимых для питания и построения новой биомассы, также вызывает отмирание микроор­ганизмов.

Большое значение имеет температурный режим биологической очист­ки. При понижении температуры сточной воды с 20 до 6 °С скорость про­цесса очистки замедляется примерно в два раза, а при увеличении темпе­ратуры от 20 до 37 °С скорость биохимического окисления повышается в 2 - 2,5 раза. На практике температуру поддерживают в пределах экологи­ческого оптимума (20 - 30 °С).

Наиболее благоприятной средой для бактерий является нейтральная или слабощелочная. При 9 < рН < 5 эффективность очистки резко снижа­ется. Эффективность биологической очистки также зависит от количества активного ила в очищаемой сточной воде. Чем больше концентрация ила в воде, тем интенсивнее процесс очистки, при условии, что в воде имеется достаточное количество кислорода, обеспечивается хорошее перемешива­ние воды, ила и воздуха. Обычно концентрация ила поддерживается в пределах 2-4 г/л.

На практике используют два метода биологической очистки сточных вод - аэробный и анаэробный.

Аэробный метод осуществляется бактериями при наличии в воде ки­слорода. Аэробные процессы биологической очистки могут протекать в естественных условиях и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Естественные процессы биологической очистки являются экстенсивными, и в настоящее время они гораздо реже исполь­зуются в практике очистки промышленных сточных вод.

Искусственными сооружениями являются аэротенки и биофильтры разной конструкции. Выбор типа сооружения производится с учетом ме­стоположения предприятия, климатических условий, источника водо­снабжения, объема промышленных и бытовых сточных вод, состава и концентрации загрязнений. В искусственных сооружениях процессы очи­стки протекают с гораздо большей скоростью, чем в естественных усло­виях, поэтому аэробная биологическая очистка промышленных сточных вод является основным методом во многих отраслях промышленности.

Имеется много видов и конструкций аэротенков, но все они построе­ны по одному принципу: смесь воды и активного ила медленно движется по прямоугольным вытянутой формы резервуарам (секциям) аэротенка и непрерывно насыщается воздухом, подаваемым в воду через фильтросы, уложенные на дно резервуара вдоль его продольной стенки или другим способом. Пузырьки воздуха, поднимаясь, перемешивают активный ил со сточными водами и не дают хлопьям оседать на дно аэротенка. Внешне это выглядит так, как будто вода кипит. Такое перемешивание обеспечи­вает интенсивный процесс окисления загрязнителей сточных вод.

Аэротенки могут быть классифицированы по гидродинамическому режиму работы как аэротенки идеального вытеснения; аэротенки идеаль­ного смешения; аэротенки промежуточного типа. На практике чаще всего применяют аэротенки-вытеснители и аэротенки-смесители.

Аэротенки-вытеснители имеют ряд недостатков; в частности, в них нельзя повысить интенсивность процесса очистки, увеличивая концентра­цию активного ила. Они очень чувствительны к перегрузкам, поэтому по­сле каждого нарушения режима требуется длительное время для восста­новления работоспособности системы.

Более целесообразно применение аэротенков-смесителей, в которых смесь сточной воды и активного ила вводится вдоль всей продольной стенки аэротенка, а вывод осуществляется с противоположной стороны. При этом порции поступающего стока почти мгновенно перемешиваются со всей массой очищаемой жидкости и активного ила, что позволяет рав­номерно распределить загрязнения и растворенный кислород в объеме аэ­ротенка.

Для аэробной очистки также применяют биофильтры. Это сооруже­ния, в корпусе которых размещается кусковая насадка и предусмотрены распределительные устройства для сточной воды и воздуха. В биофильт­рах сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытой пленкой микроорганизмов, которые окисляют органические вещества, используя их для удовлетворения физиологических нужд. Таким образом из сточной воды удаляются органические соединения, а масса активной биопленки увеличивается. Отработанная биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра. Биохимиче­ские процессы протекают с выделением тепла, биофильтры сами себя обогревают, а крупные установки, защищенные от потери тепла, работают и при небольших морозах (до - 6 °С).

Биофильтры имеют много недостатков. Управлять процессом очистки в них можно только, регулируя подачу воды; они заиливаются, отчего резко падает их окислительная способность; в процессе работы биофильт­ра часто возникают неприятные запахи; в них заводятся неспецифические организмы, в частности личинки мух, которые разрыхляют биопленку, и ее уносит с водой.

Заключительным этапом биологической очистки сточных вод является очистка или доочистка предварительно очищенных сточных вод в биоло­гических прудах. Биологические пруды представляют собой каскад соору­жений глубиной 1,0 - 1,5 м, через которые с незначительной скоростью протекают подготовленные сточные воды. Различают пруды с естествен­ной и искусственной аэрацией. Время пребывания в прудах зависит от ви­да и концентрации загрязнений, степени предварительной очистки, даль­нейшего использования очищенной воды и колеблется в пределах 3 -50 сут. НО биопруды имеют существенные недостатки, ограничивающие их применение: сезонность работы, низкая окислитель­ная способность, занимают большие площади, наличие застойных (нера­бочих зон), неуправляемость процесса очистки, сложность в эксплуатации.

Иногда очистку осуществляют на полях орошения. Это специально подготовленные участки, используемые одновременно для очистки сточ­ных вод и агрокультурных целей. Очистка сточных вод на полях ороше­ния производится с помощью почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и жизнедеятельности растений. Земледельческие поля орошения после спуска доочищенных сточных вод, увлажнения и удобрения используются для выращивания зерновых и силосных культур, трав, некоторых овощей, а также для посадки деревьев и кустарников.

На существующих соору­жениях биологической очистки чрезвычайно трудно поддерживать рав­номерное пространственное распределение микроорганизмов на каждом последующем участке по ходу процесса очистки. В системах биологиче­ской очистки требуется непрерывный круглосуточный контроль за физи­ко-химическими параметрами поступающих сточных вод. Разрешить эти трудности позволяет метод иммобилизации (прикрепле­ния) микроорганизмов-деструкторов специфических загрязнителей на по­верхности носителя-сорбента, не растворимого в воде и не реагирующего с загрязнителями. В этом случае очистка происходит как за счет сорбционного изъятия загрязнений, так и за счет биохимического окисления их микроорганизмами. Иммобилизация соответствующих штаммов микроор­ганизмов позволяет поддерживать их высокую концентрацию в единице объема очистных сооружений, за счет чего значительно повышается сте­пень очистки.

Процесс очистки сточных вод, сочетающий два распространенных метода - сорб­цию и биохимическое окисление, - получил название биосорбционной очистки. Он имеет ряд существенных достоинств:

• позволяет проводить более глубокую очистку сточных вод за счет комплексного изъятия загрязнений;

• обезвреживать трудно- или не окисляемые в обычных системах биологической очистки сточные воды;

• длительное время использовать сорбенты (носители) за счет много­
кратной их регенерации, в том числе и биологической;

• осуществлять очистку концентрированных сточных вод без их предварительного разбавления;

• обеспечивать высокую эффективность очистки сточных вод пере­менного состава.

Сооружения биологической очистки обеспечивают снижение пока­зателей загрязнений (после аэротенков или биофильтров и вторичных от­стойников) по взвешенным веществам и по БПК5 до 15-20 мг/л.

В технологических схемах биологической очистки применяются биофильтры при расходах сточных вод 10- 50 тыс. м³/сут (рисунок), аэротенки - при расходах от 50 тыс. до 2-3 млн. м³/сут (рисунок).

1 - сточная вода; 2 - решетки; 3 - песколовки;

4 - первичные отстойники; 5 - биофильтры;

6 - двухъярусные отстойники;

7 - контактный резервуар; 8 - выпуск;

9 - отбросы; 10 - дробилки; 11 - хлоратор;

12 - осадок из первичных отстойников;

13 - биопленка; 14 - песок; 15 - бункер песка;

16- иловые площадки

Рисунок - Технологическая схема биологической очистки сточных вод на биофильтрах

После сооружений механической очистки (решетки, песколовки и первичные отстойники) вода поступает на биофильтры и затем в двухъя­русные отстойники, в которых задерживается биологическая пленка (биопленка), выносимая водой из биофильтров, далее вода направляется в кон­тактный резервуар, дезинфицируется и сбрасывается в водоем.

Проходя через фильтрующую загрузку биофильтра, загрязненная вода оставляет в ней взвешенные и коллоидные органические вещества, не осевшие в первичных отстойниках, которые создают биопленку, где микроорганизмы окисляют органические вещества и получают необходимую для своей жизнедеятельности энергию. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества, а в теле биофильтра увеличивается масса биологической пленки. Отработанная и омертвевшая пленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.

Для нормального хода процесса очистки в биофильтрах иногда не­обходимо осуществлять рециркуляцию осветленной во вторичных отстой­никах воды, т.е. подавать перед биофильтрами и смешивать с водой из пер­вичных отстойников. Необходимость рециркуляции определяется расчетом.

При больших расходах сточных вод - от 50 тыс. м³/сут до 2- 3 млн. м³/сут и более применяется технологическая схема, приведенная на рисунок.

Механическая очистка сточных вод производится на решетках, в песколовках и отстойниках. Для интенсификации осаждения взвешенных веществ перед пер­вичными отстойниками могут использоваться преаэраторы, в которые по­дается определенная часть избыточного активного ила. Сырой осадок из первичных отстойников направляется в метан­тенки.

Аэротенк представляет собой открытый резервуар, в котором находится смесь активного ила и осветленной сточной воды. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов активного ила в аэротенк должен поступать воздух, который подается воздуходувка­ми, установленными в машинном здании. Смесь очищенной сточной воды и активного ила из аэротенка направляется во вторичный отстойник, где осаждается активный ил и основная его масса возвращается в аэротенк.

В системе аэротенк — вторичный отстойник масса активного ила увеличива­ется за счет его прироста, поэтому часть его (избыточный активный ил) удаляется из вторичного отстойника и подается в илоуплотнитель, при этом объем ила уменьшается в 4 - 6 раз, а уплотненный избыточный ил перека­чивается в метантенк. Очищенная сточная вода обеззараживается (обычно хлорируется) в контактном резервуаре и сбрасывается в водоем.

Сброженный осадок из метантенков направляется для механиче­ского обезвоживания на вакуум-фильтры или фильтр-прессы. Обезвожен­ный осадок может подвергаться термической сушке и использоваться в ка­честве удобрения.

1 - сточная вода; 2 - решетки; 3 - песколовки;

4 - преаэраторы; 5 - первичные отстойники;

6 - аэротенки; 7 – вторичные отстойники;

8 - контактный резервуар; 9 - выпуск; 10 - отбросы; 11 - дробилки; 12 - песковые площадки;

13 - илоуплотнители; 14 - песок; 15 - избыточный

активный ил; 16 - циркуляционный активный ил; 17- газгольдеры; 18 - котельная; 19 - машинное здание; 20 - метантеки; 21 - цех механического обезвоживания сброженного осадка; 22 - газ;

23 - сжатый воздух; 24 - сырой осадок;

25 - сброженный осадок; 26 - на удобрение;

27- хлораторная установка; 28 - хлорная вода

Рисунок - Технологическая схема биологической очистки сточных вод в аэротенках

Дата добавления: 2014-01-04