Бытовые сточные воды. Источники образования, количество и состав хозяйственнобытовых сточных вод
 Скачать 0.58 Mb.
|
|
Сооружения биологической очистки Биофильтры Биофильтры - резервуары, в которых размещена инертная пористая загрузка, через которую сверху вниз просачивается сточная вода. Поверхность загрузочного материала обрастает биопленкой. Исходная вода равномерно распределяется по поверхности загрузки, а очищенная собирается в поддоне под загрузкой и отводится во вторичный отстойник для отделения от постоянно смывающейся с загрузочного материала биопленки. В настоящее время в нормальной эксплуатации практически не осталось капельных биофильтров и аэрофильтров с гравийной загрузкой. Многие из них требуют реконструкции, перевода на интенсивный режим. Биофильтры могут применяться для удаления органики в сочетании с удалением азота биологическим и фосфора реагентным способом в дополнительных сооружениях, поскольку в диапазоне применения биофильтров - станции производительностью до 20000 мЗ/сутки - удаление фосфора биологическим способом нерационально. Интенсификация работы биофильтров идет в направлении применения в качестве загрузки листового материала, что позволяет повысить эффективность очистки. Примером успешного решения в этой области являются биофильтры-стабилизаторы, которые состоят из высоконагружаемого биофильтра и расположенного под ним резервуара, в котором выделены зоны минерализации и отстаивания. Биофильтр-стабилизатор работает в режиме рециркуляции; удаление загрязнений происходит как на загрузке биофильтра, так и в зоне минерализации с помощью избыточной биопленки, которая циркулирует из минерализатора на биофильтр. При производительности станции до 10000 мЗ/сут применяют погружные (роторные) биофильтры. Погружной биофильтр представляет собой вращающийся барабан, полупогруженный в резервуар с поступающей сточной водой. Барабан выполняется в виде пластинчатых дисков или пористого материала, обрастающего биопленкой, которая при вращении барабана периодически оказывается под водой, где контактирует с загрязнениями, и над водой, где контактирует с атмосферным воздухом. Очистные сооружения с биофильтрами имеют довольно простую технологическую схему, не требуют дорогостоящего оборудования, просты в эксплуатации. Трудности возникают при заиливании загрузки биофильтра в результате превышения проектных органических нагрузок на сооружение. Для задержания избыточной биопленки после биофильтров устанавливаются вторичные отстойники, в основном вертикального типа. Избыточная пленка из вторичных отстойников должна регулярно удаляться на обработку или иловые площадки, в противном случае загнивающий осадок ухудшает качество очищенной воды. В зависимости от режима работы биофильтра (капельный или высоконагружаемый) образуется разное количество избыточной биопленки: для капельных биофильтров - 8 г/(чел. сутки), для высоконагружаемых - 28 г/(чел.сутки). Влажность осадка, выгружаемого из вторичного отстойника, около 96%. В целом очищенная вода после биофильтров имеет показатели, не удовлетворяющие требованиям санитарно-эпидемиологической службы и комитетов по охране природы: БПКполн. и концентрация взвешенных веществ - 20-25 мг/л, нитрификация идет слабо, снижение содержания аммонийного азота не превышает 30-40% и его концентрация в очищенной воде 15-20 мг/л в зависимости от исходных концентраций. Очищенная вода часто имеет опалесценцию и мелкую неоседающую взвесь. Поэтому сами по себе биофильтры (кроме погружных) нельзя рекомендовать как перспективные очистные сооружения, но их принципиальная особенность - биологические обрастания на поверхности загрузочного материала (биопленка) - может быть использована при совершенствовании способов биологической очистки. Погружные биофильтры при использовании нескольких ступеней могут обеспечить требуемое качество очищенной воды, но область их применения ограничивается небольшими расходами сточных вод. Аэротенки Основными наиболее широко применяемыми сооружениями биологической очистки являются аэротенки. Аэротенки представляют собой резервуары, в которых сточная вода смешивается с активным илом и аэрируется с помощью различных систем аэрации. Аэрация обеспечивает эффективное смешение сточных вод с активным илом, подачу в иловую смесь кислорода и поддержание ила во взвешенном состоянии. В процессе окисления органического вещества увеличивается биомасса микроорганизмов и образуется избыточный активный ил. Отделение активного ила от очищенной воды происходит во вторичных отстойниках, из которых он возвращается в аэротенки (циркуляционный активный ил), а избыточный активный ил периодически выводится из вторичного отстойника. Как правило, аэротенки выполняются в виде одного-четырех коридоров .глубиной от 3 до 5 м и длиной не менее чем в четыре раза больше ширины. Ширина коридора не превосходит глубину более чем в 2 раза. При небходимости предусматривают аэротенки длиной до 100 м и шириной коридора до 12 м. Возможны иные формы аэротенков при условии достаточного перемешивания иловой смеси и эффективного ввода воздуха. Высокая концентрация активного ила ограничена его способностью к отделению от иловой смеси. Практически концентрация иловой смеси в аэротенках находится в пределах 1,5-6 г/л. Во вторичном отстойнике ил уплотняется до концентрации не более 8-10 г/л. При концентрации ила в аэро-тенке свыше 6 г/л расход циркуляционного ила достигает 300% от притока сточной воды, что неэкономично и по расходу энергии, и по требуемому объему вторичного отстойника. Аэрация иловой смеси производится подачей сжатого воздуха через разного рода диспергаторы (дырчатые трубы, пористые пластины, трубы), которые изготавливаются из стали, керамических и пластмассовых материалов. В ФРГ и Финлянции, а в последние годы и в России применяются конструкции мелкопузырчатых аэраторов на основе пористого полиэтилена. Аэратор состоит из основной перфорированной трубы из полиэтилена с насаженным на нее диспергатором из двуслойного пористого полиэтилена: на грубый пористый слой нанесен мелкопористый, что обеспечивает равномерность образования пузырьков воздуха. Аэраторы, выпускаемые в России под названием "Поливом А", просты в монтаже и обслуживании, надежны в работе. В районах с теплым климатом при небольшой производительности очистной станции могут применяться механические аэраторы - мешалки с вертикальной или горизонтальной осью вращения. Эжекторная или струйная аэрация основана на вовлечении воздуха струями воды, протекающей через суженный участок трубопровода, к которому подведен воздуховод. Рабочей жидкостью обычно является иловая смесь. Эжекторная система аэрации наименее эффективна из перечисленных, но одна из самых простых в монтаже и эксплуатации и поэтому имеет свою область применения: очистные сооружения малой производительности. Для биологической очистки бытовых сточных вод требуется 1-1,4 г кислорода на 1 г БПКполн. При применении различных типов пневматических аэраторов в традиционной технологической схеме очистки без нитрификации расход воздуха достигает 5 -10 мЗ на 1 мЗ исходной сточной воды. Мощность механических аэраторов достигает 0,05-0,1 кВт на 1 мЗ суточной производительности, зона действия одного аэратора достигает 30-400 мЗ. Система аэрации должна поддерживать в аэротенках концентрацию растворенного кислорода от 2 до 5 мг/л. Прирост активного ила зависит от величины органической нагрузки на аэротенк. При нагрузках выше 200 мг/(г.сутки) прирост ила определяется по формуле: Рi = 0,8Cs +0,3Len (7) где: Cs - концентрация взвешенных веществ в поступающей в аэротенк сточной воде; Len - БПКполн. поступающей в аэротенк сточной воды. Образующийся в результате прироста избыточный активный ил должен регулярно удаляться из системы для поддержания заданной дозы и нормальной работы вторичного отстойника. Низкие нагрузки (менее 150 мгБПК/(г.сут), при которых происходит более полное окисление органических веществ, дают существенно меньший прирост активного ила: Pi = 0,35Len (8) Аэротенки, работающие при таких низких нагрузках аэротенки полного окисления или аэротенки с продленной аэрацией - могут работать без первичного отстаивания, что упрощает общую технологическую схему очистки и исключает образование разных по качеству и поэтому требующих специальной обработки видов осадка. С другой стороны аэротенки полного окисления требуют больших объемов и большего расхода воздуха, поэтому в настоящее время применяются чаще всего на очистных сооружениях небольшой производительности. Требования к глубокому удалению соединений азота, остро стоящая проблема обработки и утилизации осадков (необходимо максимальное снижение количества образующегося осадка) делают аэротенки полного окисления весьма привлекательными сооружениями, так как при применении обычных аэротенков все равно необходимо предусматривать дополнительные сооружения для нитрификации сточных вод, сооружения для стабилизации и обработки осадков. В каждом конкретном случае целесообразность применения аэротенков полного окисления нужно определять технико-экономическим расчетом. Аэротенки в стандартной технологической схеме применяются для удаления органических и части минеральных веществ (в том числе, биогенных элементов) в пределах возможности накопления последних при синтезе органического вещества активного ила и при сорбции на поверхности хлопка. В стандартной технологической схеме активный ил функционирует в достаточно узких стационарных условиях, поддерживаемых при работе станции. При необходимости удаления биогенных элементов биологическим методом должны быть созданы нестационарные условия по органической нагрузке и подаче кислорода. Для отделения очищенной воды от активного ила используются вторичные отстойники. Конструктивно вторичные отстойники проектируются как и первичные: вертикальные, горизонтальные, радиальные. Для повышения эффективности разделения иловой смеси во вторичных отстойниках иногда используется прием остаивания в тонком слое (тонкослойные отстойники). Параметры вторичных отстойников рассчитываются по гидравлической нагрузке с учетом концентрации активного ила в аэротенке и его способности к осаждению и уплотнению, выражающейся величиной илового индекса - объема в мл, который занимает 1 г активного ила. Величина илового индекса зависит главным образом от состава сточных вод и органической нагрузки: при органической нагрузке от 200 до 500 мг/(г.сут) величина илового индекса колеблется в пределах 70-100 мл/г, что обеспечивает удовлетворительную работу вторичных отстойников. При увеличении органических нагрузок иловой индекс возрастает, ил плохо оседает в отстойниках, что нарушает работу всей системы. Сооружения с прикрепленной микрофлорой Аэротенки с прикрепленной микрофлорой представляют из себя резервуары, конструктивно устроенные как традиционные аэротенки, в которых устанавливается затопленная загрузка, выполненная из инертных материалов. Биомасса микроорганизмов присутствует в этом сооружении в виде взвешенного активного ила (как в обычных аэротенках), и в виде биопленки, нарастающей на материале загрузки. Основные ее виды следующие: засыпная загрузка (из зернистых материалов, обрезков пластмассовых труб, керамических элементов); плавающая загрузка; загрузка, находящаяся во взвешенном состоянии; листовая загрузка из различных синтетических материалов; загрузка типа "ерш" и некоторые другие /23/. Технологические преимущества биологической очистки в сооружениях с прикрепленной микрофлорой определяются главным образом тем, что в аэротенке удерживается высокая доза ила без увеличения циркуляции из вторичного отстойника. Усредненная доза активного ила с учетом того, что часть ила находится во взвешенном , а другая в прикрепленном состоянии, достигает 6-8 г/л. Вследствие этого обеспечиваются устойчивые качественные показатели очищенной воды, увеличение окислительной мощности очистных сооружений, сокращение продолжительности очистки и уменьшение объемов технологических емкостей, увеличение возраста активного ила за счет увеличения общей биомассы микроорганизмов и, следовательно, интенсификация процессов нитрификации, возможность осуществления глубокой биологической очистки сточных вод. АООТ ЦНИИЭП инженерного оборудования разработаны рекомендации по глубокой очистке сточных вод в аэротенках с прикрепленной микрофлорой, работающие с использованием листовой загрузки без взвешенного активного ила. Широкое внедрение этой технологии стало реальным с началом промышленного производства загрузочных блочных материалов, таких как "Поливом", "Водоросль" и др., предназначенных именно для канализационных очистных сооружений. Технология применения прикрепленной микрофлоры позволяет обеспечить устойчивую очистку сточных вод со снижением концентрации БПКполн, до 3-5 мг/л и снижением содержания азота аммонийного до 0,5 мг/л. В технологиях , направленных на удаление фосфора, прикрепленная микрофлора может применяться в ограниченных пределах. В этих случаях аэротенки с загрузкой должны сочетаться с другими сооружениями. Нитрификация Нитрификация производится в сооружениях аналогичных аэротенкам. Отличие заключается в поддержании характерных для процесса параметров: органической нагрузки на активный ил и менее 150 мг/(г.сутки), возраст активного ила около 30 суток, рН более 7. Наиболее эффективны для этой цели аэротенки полного окисления. Достоинством аэротенков полного окисления является также то, что в них протекают процессы денитрификации, эффективность которой может достигать 60-80%. АООТ ЦНИИЭП инженерного оборудования на основе собственных разработок уже с 1974г. начал внедрение аэротенков полного окисления, а в 1989 г.- на очистных сооружениях Зашекснинского района г.Череповца производительностью 100 тыс.мЗ/сутки - с использованием одностадийного процесса нитри-денитрификации, где для углубления процесса применена затопленная загрузка с прикрепленной микрофлорой. В последние годы практическое применение этот метод находит на московских станциях аэрации. Так, на одном из блоков Люберецкой станции аэрации производительностью около 250 тыс.мЗ/сутки был осуществлен процесс одностадийной нитри-денитрнфикации /24/. Авторы не называют процесс, проходящий в аэротенке, режимом полного окисления (или продленной аэрации), но указанные технологические параметры (органическая нагрузка 130-150 мг/(г.сут), возраст ила от 20 до 40 суток, качество очищенной воды) свидетельствует о работе аэротенка в этом режиме. При условии осуществления нитрификации в аэротенке необходимо учитывать дополнительный расход кислорода из расчета 4,6 мг 02 на 1 мг окисленного азота. Прирост беззольного вещества бактерий-нитрификаторов составляет примерно 0,16 мг на 1 мг окисленного азота. На 1 мг окисленного азота используется 8,7 мг щелочности. Поэтому в сточной воде с низкой щелочностью, как это наблюдается практически во всех населенных пунктах Западно-Сибирского региона, процесс нитрификации при биологической очистке не может идти полностью, а рН воды снижается до 5 и ниже. Для проведения глубокого процесса нитрификации наиболее рационально применение прикрепленной микрофлоры. При этих условиях обеспечивается снижение содержания аммонийного азота до 0,5 мг/л. Денитрификация Удаление из воды окисленных форм азота нитритов и нитратов, образующихся при нитрификации, осуществляют в денитрификаторах. Денитрификаторы - резервуары различной в плане формы, в которых обеспечивается перемешивание иловой смеси и сточной воды без подачи кислорода воздуха. В условиях дефицита оборудования для перемешивания жидкости с легкоосаждаемой взвесью применяются комбинированные системы перемешивания: механические скребки с гидравлическими мешалками, вертикальные мешалки с погруженными лопастями. В настоящее время безусловное преимущество получили погруженные лопастные мешалки с горизонтальной осью вращения и погружные насосы осевого типа. Мешалки могут эффективно перемешивать жидкость и в коридорных резервуарах, и в цилиндрических. При этом расход мощности составляет около 1 кВт на 100 мЗ жидкости при глубине резервуара до 5 м. Насосы целесообразно устанавливать в перегородках между коридорами технологических емкостей различого назначения (нитрификатор - денитрификатор - анаэробная зона и т.п.). Денитрификацию можно осуществлять как в сооружениях со взвешенным активным илом, так и в установках с прикрепленной микрофлорой. Для глубокого удаления соединений азота из сточных вод применяется раздельное удаление азота аммонийного в нитрификаторе и азота нитритов и нитратов - в денитрнфикаторе. Могут применяться различные схемы ( рис.1), в которых денитрификация может осуществляться в начале, в середине или в конце сооружений. Чаще всего  Рис.1. Принципиальная технологическая схема биологическойочистки сточных вод с биологическим удалением азота и химическим удалением фосфора: 1 - подача сточных вод; 2 - решетка; 3 - песколовка; 4 - водоизмерительное устройство; 5 - денитрификатор; 6 - аэротенк; 7 -вторичный отстойник: 8 - реактор глубокой очистки; 9 - третичный отстойник; 10 - контактный резервуар; 11 - выпуск очищенной воды; 12 - отбросы с решетки; 13 - песок из песколовки; 14 - осадок; 15 - избыточный активный ил; 16, 17 - рециркуляционный активный ил; 18- компрессорная; 19 -сжатый воздух; 20 - реагентное хозяйство; 21 - коагулянт; 22 - дозатор дезинфектанта; 23 -дезинфектант применяется схема: денитрификатор, нитрификатор, вторичный отстойник с рециркуляцией активного ила из нитрификатора в денитрификатор, в который подается исходная сточная вода. В этом случае для глубокого удаления окисленных форм азота необходима очень высокая степень рециркуляции активного ила: расход иловой смеси из нитрификатора в денитрификатор достигает 300 -400 %, а циркуляционного ила из вторичного отстойника-100 % от притока сточной воды. Процесс биологической нитрификации-денитрификации является сравнительно недорогим и экологически чистым. Удаление фосфатов биологическим методом В технологических схемах удаления фосфора биологическим способом используются анаэробные, аноксичные и аэробные сооружения. Сооружения для осуществления аэробных процессов описаны выше. Анаэробные и аноксичные реакторы оформляются конструктивно и технологически как упомянутые выше денитрификаторы. В настоящее время наибольшее применение найдут двухпоточные схемы удаления фосфора (как правило, в комбинации с биологическим удалением азота): - реагентное осаждение из циркуляционного потока иловой смеси - процесс Phostrip (рис.2);  Рис.2. Принципиальная технологическая схема биологической очистки сточных вод с биологическим удалением азота и фосфора (процесс Phostrip): 1 - подача сточных вод; 2 - решетка; 3 – песколовка; 4 - водоизмерительное устройство; 5 - первичный отстойник; 6 – денитрификатор;7 – нитрификатор; 8 - вторичный отстойник; 9 - биореактор глубокой очистки; 10 - третичный отстойник; 11 - выпуск очищенной воды; 12, 13 - циркуляционный активный ил; 14- циркуляционный активный ил на дефосфотацию; 15 - анаэробный резервуар; 16 - уплотнитель; 17 - осветленная вода из уплотнителя; 18 - уплотненный активный ил после дефосфотации; 19 - отстойник; 20 - дозатор извести; 21 - раствор извести; 22 - осветленная вода после удаления фосфатов; 23 - осадок на обработку; 24 - дозатор дезинфектанта: 25 - дезинфектант; 26 - компрессорная; 27 - сжатый воздух; 28 - отбросы с решетки; 29 - песок из песколовки; 30 " осадок из первичного отстойника, 31 - избыточный активный ил - удаление с избыточным активным илом при использовании на стадии первичной обработки сточной воды ацидофикатора (рис.3).  |