диплом. диплом по экологии. 1 Обоснование проекта и постановка задачи 1 Характеристика предприятия
 Скачать 1.68 Mb.
|
|
1.3 Методы повышения эффективности биологической очистки промышленно-ливневых сточных вод Сущность метода биологической очистки в ведении и окислении биологическим путем взвешенных веществ, суспензий, коллоидных и растворимых органических веществ в осветленной сточной вводе с помощью вводного активного ила или системы аэрации. Модернизация системы аэрации Система аэрации представляет собой комплекс устройств и оборудования обеспечивающего подачу и распределение воздуха (кислорода) в аэротенке, поддержание активного ила во взвешенном состоянии и создание необходимых гидродинамических условий работы аэротенков [12]. Применительно к аэротенкам следует различать системы аэрации: 1)пневматическую; 2)механическую; 3)смешанную, или комбинированную. Пневматическая аэрация В зависимости от типа применяемых аэраторов различают мелко-, средне- и крупнопузырчатую аэрацию. При мелкопузырчатой аэрации крупность пузырьков воздуха составляет 1-4 мм, при среднепузырчатой – 5-10 мм, при крупнопузырчатой – более 10 мм. К мелкопузырчатым аэраторам относятся керамические, тканевые и пластиковые аэраторы, а также аэраторы форсуночного и ударного типов, к среднепузырчатым – перфорированные трубы, щелевые аэраторы и др.; к крупнопузырчатым – открытые снизу вертикальные трубы, а также сопла. Стремление избавиться от присущих мелкопузырчатым аэраторам недостатков, главным из которых является «способность» к засорению, привело к разработке новых конструкций аэраторов. К крупнопузырчатым аэраторам относится система «крупных пузырей», в которой аэраторами являются трубы диаметром 50 мм с открытыми концами, опущенные вертикально вниз на глубину 0,5 м от дна аэротенка [7]. Механическая аэрация Механические аэраторы весьма разнообразны в конструктивном отношении, но принцип их работы одинаков: вовлечение воздуха непосредственно из атмосферы вращающимися частями аэратора (ротором) и перемешивание его со всем содержимым аэротенка [12, 13]. Все механические аэраторы можно классифицировать следующим образом: - по принципу действия: импеллерные (кавитационные) и поверхностные; - по плоскости расположения оси вращения ротора: с горизонтальной и вертикальной осью вращения; - по конструкции ротора: конические, дисковые, цилиндрические, колесные, турбинные и винтовые. Смешанная, или комбинированная, система сочетает в себе элементы пневматической и механической аэрации. К современным аэрационным системам относится продукция фирм «Полиатр», «Полипор», «Креал» и другие. Аэрационная система «Полиатр» Мембранные полимерные трубчатые элементы аэрации «Полиатр», характеризуются исключительной долговечностью и прочностью. Аэрация воды посредством такой системы позволяет существенно улучшить качество очистки сточных вод, поскольку использование управляемой системы аэрации вносит разнообразие в виды биохимических реакций, происходящих в процессе очистки вод за один цикл запуска-остановки аэрации (при отключении аэрации происходит быстрая потеря аэротенком растворенного кислорода и переход в аноксидный режим, где происходят реакции дефосфатации и денитрификации). Данная система аэрации дает возможность значительно улучшить состав биомассы и осуществлять контроль за уровнем концентрации активного ила. Основу мелкопузырчатых полимерных аэрационных элементов составляет несущая конструкция из труб, оснащенная эластичной полимерной мембраной, на которую с помощью лазера нанесена перфорация. Такое решение мембраны гарантирует непрерывное создание маленьких пузырьков, а при возникновении технологических или аварийных пауз не допускает ее загрязнения, поскольку обратное проникание жидкости исключено. Эластичный полимер из которого изготовлена мембрана устойчив к гидролизу и к воздействию микроорганизмов. Составная часть элементов представлена якорными крепежами и подводящими воздухопроводами. Как сама конструкция, так и применяемые материалы гарантируют большой срок службы элементов – свыше 10 лет. Благодаря придонному размещению элементов гарантируется эффективность перемешивания (рис. 1.11).     Рисунок 1.11 – Варианты придонного размещения элементов Технические характеристики аэраторов представлены в табл. 1.5. Таблица 1.5 – Технические характеристики аэраторов «Полиатр» [14]
Преимуществом элементов являются высокие окислительная мощность и использование кислорода, экономичность, низкие потери давления, простая конструкция элемента, возможность простой и быстрой замены мембраны или целого элемента, высокая устойчивость к засорению – эффект самоочистки. Аэрационная система «Полипор» Аэратор пневматический «Полипор» предназначен для аэрации хозяйственно-бытовых, промышленных, ливневых, сточных вод на очистных сооружениях различной мощности, а также компактных установках, станциях биологической очистки. Аэратор пневматический «Полипор» выпускают в виде трубы или диска (рис. 1.12) [11].   а б Рисунок 1.12 – Аэратор пневматический «Полипор»: а - трубчатый б - дисковый (тарельчатый) Аэратор состоит из полимерного перфорированного трубчатого каркаса, с резьбовыми концевиками, имеющими сопрягаемые внутреннюю и наружную резьбы. На поверхность каркаса, путем пневмоэкструзии нанесены два слоя полимерного покрытия. Первый слой (крупнопористый) предназначен для равномерного распределения воздуха по длине модуля. Второй слой (мелкопористый) – для диспергирования воздуха. Такое сочетание сочетание слоев обеспечивает мелкопузырчатое диспергирование воздуха в жидкости. Преимущества аэраторов: - обеспечение мелкопузырчатой аэрации; - обеспечивание равномерного и плавного перемешивания иловой смеси по всему объему аэротенка; - равномерное распределение воздуха в аэротенке; - высокие массообменные характеристики; - повышение степени очистки сточных вод при одновременной экономии электроэнергии; - улучшение седиментационных свойств активного ила; - устойчивость к гидро- и аэродинамическим ударам; - химическая и коррозионная стойкость; - удобство и простота монтажа а также замены элементов системы. Технические характеристики элементов «Полипор» представлены в табл. 1.6. Таблица 1.6 – Характеристика аэратора «Полипор» [15]
Аэрационная система «Креал» Пористые аэраторы «Креал» (рис. 1.13) обеспечивают мелкопузырчатую аэрацию (dп = 3 мм) в сооружениях биологической очистки. Их эффективность по массопередаче кислорода из воздуха в воду втрое выше аэраторов из перфорированных труб и не уступает дорогостоящим зарубежным аналогам [16]. Перфорированные аэраторы этого типа используются в бескислородных зонах аэротенка, работающего по технологии нитрификации и денитрификации и биологической дефосфотации. Преимущества аэраторов: меньше капитальные затраты; выше срок эксплуатации, не требуется периодическое обслуживание; обеспечивается создание в поперечном сечении коридора аэротенка циркуляционных потоков, необходимых для эффективной работы плоскостной загрузки.  Рисунок 1.13 - Пористые аэраторы «Креал» Характеристика аэраторов представлена в табл. 1.7. Таблица 1.7 - Характеристика аэраторов «Креал» [16]
Основными методами интенсификации работы аэротенка являются: изменение технологической схемы работы всего комплекса сооружений; создание оптимального гидродинамического режима в аэротенке; внедрение эффективной системы аэрации; увеличение дозы ила в сооружениях; повышение ферментативной активности микроорганизмов за счет воздействия ультразвуком. Увеличение концентрации активного ила Эффективность процесса биохимической очистки сточных вод в значительной степени зависит от концентрации активного ила в аэротенке. Увеличение концентрацией активного ила является одним из возможных путей интенсификации работы аэротенков, позволяющих создать высокие нагрузки на единицу объёма сооружения. Исследования показали [13], что увеличение концентрации активного ила до 25 г/л повышают окислительную мощность аэротенка по БПКполн до 8- 12 кг/м3·сут., вследствие чего сокращается период аэрации в 1,9 раза при сравнительно низких нагрузках на активный ил (0,5-0,8 кг/кг ила в сутки). Однако наряду с увеличением окислительной мощности аэротенка при увеличении концентрации активного ила возникают сложности с отделением ила и осветлением очищенной воды, которые обусловлены ухудшением седиментационных свойств иловой смеси при увеличении их концентрации. Традиционные сооружения для разделения иловой смеси (отстойники) не могут обеспечить эффективное осветление очищенной воды при концентрации активного ила свыше 4-6 г/л. Такая задача может быть решена путём использования новых конструкций аэротенка-фильтротенка, рототенка, вибротенка и турботенка, флотационных илоотделителей. Эти сооружения позволяют поддерживать высокую концентрацию активного ила в зоне аэрации, но сложны в эксплуатации. Кроме того, после них необходимо устройство обычных отстойников, т.к. вынос взвешенных веществ, например, из флототенка составляет 30-150 мг/л, а из фильтротенка превышает 20-50 мг/л. Высокая концентрация активного ила изменяет его свойства – снижается удельная скорость окисления органических соединений, способность иловой смеси к разделению и выпадению ила в осадок. Однако при исключении этих недостатков, метод интенсификации биологической очистки повышенной концентрацией активного ила не позволяет, по сравнению с обычным способом, увеличить глубину очистки по ХПК, снизить содержание специфических загрязнений в очищенной воде, которые обычно трудно подвергаются биологической очистке. В настоящее время существует несколько разновидностей аэротенков с заполнителями (называемых также и биотенками). Они успешно применяются для очистки фосфоросодержащих сточных вод. Общая окислительная мощность аэротенков с заполнителями выше, чем у обычного аэротенка, вследствие, увеличенной концентрации ила, но удельная скорость окисления, отнесенная к 1 г ила такая же, как и в других аэротенках. Размещение загрузки в аэротенке позволяет: - сформировать на ней специфический микробный ценоз, способный повысить глубину очистки от трудноокисляемых органических веществ подобно двухступенчатым аэротенкам; - интенсифицировать биологическую очистку от нитратов и фосфатов; - увеличить производительность аэротенка. Биотенки-биофильтры состоят из корпуса и расположенных внутри него друг над другом в шахматном порядке лотковых элементов (рис. 1.14). Обрабатываемая сточная вода поступает в верхнюю часть биотенка и, заполнив расположенные выше емкости, стекает вниз. При этом сточной водой омываются наружные части элементов, на которых образуется биопленка. Образующаяся в самих элементах биомасса активного ила перемешивается и насыщается кислородом вследствие движения обрабатываемой сточной воды. Биотенк в совокупности с биофильтром обеспечивает высокую степень очистки (до БПК5 порядка 30 мг/л) при нагрузке по БПК< примерно 1,5 кг/(м3·сут.) [17].  Рисунок 1.14 - Схема биотенка: 1 - корпус; 2 - элементы загрузки Биоадсорбционный способ биологической очистки сточных вод Биосорбция – это способ, совмещающий процессы адсорбции и биохимического окисления, который широко используют для интенсификации процесса биологической очистки. Эффективность данного способа достигается высокой сорбционной способностью адсорбентов к бактериям активного ила и к самым различным классам органических соединений. Наиболее вероятный механизм действия адсорбентов и активного ила состоит в повышении физиологической активности прикреплённых бактериальных клеток, повышение концентрации субстрата за счёт его сорбции на поверхности адсорбента, обогащение среды экзоферментами. Вид применяемого сорбента может быть различным. Наиболее часто предлагается для ининтенсификации процесса биологической очистки использовать порошкообразный активный уголь (ПАУ) марки АГ-3, КАД. В качестве сорбента могут применяться и другие материалы, к примеру, дроблённый неактивированный антрацит, сорбент КДТ и др. Отмечается улучшение седиментационных свойств ила: иловый индекс снижается, уменьшается цветность и запах надиловой воды. Основным сдерживающим началом применение биосорбционного способа является потеря сорбента за счёт его выноса с избыточным активным илом, потери за счёт истирания при аэрации и выноса из вторичных отстойников. Использование мутагенеза, специальных штаммов и адаптированных микроорганизмов в очистке сточных вод Новые формы микроорганизмов с обогащённым набором ферментов возникают в результате их модификации и мутации. Мутации могут быть естественные с последовательным отбором тех форм, ферментные системы которых соответствуют субстратам окружающей среды и индуцированные непосредственно субстратом, т.е. тем химическим соединением, на которое ферментная система может воздействовать. Обработка активного ила мутагенами позволяет получить активный ил, способный очищать сточные воды с более высокой концентрацией органических загрязнений и с более высокой степенью очистки, чем обычный активный ил. Установлено, что обработка мутагеном активного ила в количестве 0,1-0,5 от всего объёма, позволяет увеличить степень биологической очистки сточных вод по ХПК с 55-72 % до 80-95 %. Мутагенная обработка активного ила позволяет достичь глубокой степени очистки сточных вод, содержащих отдельные виды органических загрязнений. Например, применение мутагенеза позволяет увеличить степень очистки сточных вод, содержащих ПАВ, с 35,3 до 64 %. Применение мутагенеза затруднено тем, что при нестационарном режиме сброса сточных вод на очистные сооружения, с резкими изменениями концентрации загрязняющих веществ, часть мутантов не сохраняется и восстанавливается исходное состояние активного ила. Применение химического мутагенеза связано со сложностью обработки активного ила мутагеном. При значительных колебаниях расхода сточных вод и концентрации загрязнений, требует усиленного контроля: за работой сооружений; за концентрацией вводимого мутагена; периодичностью введения и продолжительностью обработки активного ила. Это осложняет работу очистных сооружений Применение данного метода оправдано на локальных установках с относительно постоянным составом загрязнений, для очистки сточных вод конкретного цеха или отдельной производственной установки. Одним из возможных путей интенсификации процесса биологической очистки сточных вод может быть использование специальных штаммов бактерий и адаптированных микроорганизмов. Использование штаммов микроорганизмов эффективно при очистке сточных вод определённого состава со специфическими загрязнениями. Применение специализированных микроорганизмов и биоценозов в обычных аэротенках осложнено тем, что микроорганизмы многих видов чаще всего не образуют зооглейных скоплений, не дают осадка и выносятся из зоны аэрации. Для улучшения отстаивания применяют коагуляцию, флотацию, центрифугирование, что требует дополнительных затрат. При высокой концентрации загрязнений в сточных водах, поступающих на очистку в аэротенки со специализированной микрофлорой, остаточная концентрация загрязнений достаточно велика и необходима доочистка сточных вод на второй ступени обычным активным илом. Следовательно, применение микробиологических методов целесообразно на локальных установках с небольшим расходом сточных вод и постоянным составом загрязнений, или на сооружениях 1 ступени, после которой следуют сооружения биологической очистки обычного типа. Вывод: Для создания оптимальных условий биологической очистки предлагается внедрение эффективной системы мелкопузырчатой аэрации, позволяющей улучшить обмен воздуха, а следовательно, увеличить окислительную мощность сооружений. Интенсификацировать процесс биологической очистки сточных вод от органических соединений и биогенных элементов позволит размещение в аэротенке загрузки, которая обрастает биопленкой, на которой развивается специфический микробный ценоз. При очистке сточных вод в биотенке (аэротенк с блоками плоскостной загрузки и мелкопузырчатой системой аэрации) эффективность очистки по ХПК составит 85-86 %, по БПК – 97-98 %, нефтепродуктам – 85-97 %. |