Реферат Татура И.И. водоснабжение. Женийводоснабжения

• Название: Женийводоснабжения
• Анкор: Реферат Татура И.И. водоснабжение
• Дата: 17.06.2021
• Размер: 1.17 Mb.
• Имя файла: Tatura_-_Rekonstruktsia_sistem_i_sooruzheniy_vodo.docx
• Тип: Документы; #218525
• страница: 16 из 20

Реконструкция сооружений биологической очистки сточных вод

Интенсификация работы аэротенков

Увеличение дозы активного ила в зоне аэрации является одним из наиболее важных направлений интенсификации биохимической очистки сточных вод

в аэротенках. Считается, что при повышении дозы активного ила с 1-2 до ²5-ЗQ г/л пропорционально возрастает окислительная мощность аэротенка

от 0,5-1 до 12-14 кr БПК пl(м ³·сут). Однако для системы аэротенк­ втори4ный отстойник существует предельная концентрация активного ила, превышение которой ведет к дестабилизации работы системы и ухудшению ка4ества 04истки. При нали4ии сооружений доо4истки в данном случае увели4ивается нагрузка на них и может превысить предельную вели4ину. Наиболее «узким местом» в этой системе является втори4ный отстойник, для которого доза ила составляет 1,5-2 r/л.

Увели4ить дозу активного ила в азротенке можно разными путями. Наи­ более простой - введение отдельной регенерации активного ила. Это дости­ гается возвратом на стадии регенерации уплотненного во вторичных отстой­ никах активного ила. Его доза в регенераторе может быть 7-8 r/л, а в рабочей зоне 1,5-2,5 r/л. Дальнейшее увели4ение вынуждает применять двухступен­ чатое илоотделение, модифицировать втори4ные отстойники тонкослойными модулями или применять более сложные сооружения: флотаторы, осветлите­ ли со слоем взвешенного осадка, фильтры.

Другим путем увели4ения дозы активного ила является создание азротен­ ков с фильтрационным разделением иловой смеси. В рабо4ей зоне такого сооружения поддерживается доза активного ила до 25 r/л. Однако перед по­ да4ей 04ищенной сто4ной жидкости во вторичный отстойник она пропуска­ ется 4ерез специальные фильтровальные перегородки сетчатого или пористо­ го типа. При этом во вторичный отстойник поступает не более 3-4 r/л взве­ шенных веществ. Фильтротенки могут успешно применяться для о4истки высококонцентрированных сточных вод, образующих труднооседаемыс илы (рис. 2.14).
Рис. 2.14. Фильтротенк радиального типа: распределительиый лоток; 2 - лоток возвратиого ила; 3 - зоиа аэрации; 4 - фильтрующая иасадка; 5 - камера дегазации; 6 - струеиаправляющан насадка; 7- сбориые лотки; 8- ферма илососа; 9 - мостик; /0- камера управлеиия; / / - воздуховод; 12 - трубопровод избыто•1ного ила; 13 - эрлифт; 14 - иловая камера; / 5 - трубопровод возвратиого активного ила; / 6 - илососы; 17 - трубопровод очи­ щеииых СТО'IИЫХ ВОД
При использовании в ка4естве фильтрующих элементов новых мате­ риалов, например пористой нержавеющей стали, появилась возможность отказаться от втори4ных отстойников, т.к. вынос активного ила не пре-

0
вышает 20 мг/л. Технико-экономическими расчетами установлено, что в фильтротенке возможно достижение высокой окислительной мощности (8000-1200 г БПК /м³₎ при низкой нагрузке на активный ил (400- 600 мг/г). При этом достигается 12-15%-е снижение себестоимости очи­ стки и 35-40%-я экономия капитальных вложений.
Другим сооружением биологической очистки сточных вод с высокими дозами активного ила является флототенк. Флотационные илоотделители, совмещенные с аэротенками, разработаны как в нашей стране, так и за ру­ бежом. Принципиальная схема работы флототенка состоит в том, что сточ­ ные воды после механической очистки подаются в безнапорную зону аэра­ ции, которая оборудована соответствующими аэрационными устройствами. Иловая смесь в зоне аэрации насыщается воздухом с помощью насосов и эжекторов. Воздухом может насыщаться также часть расхода рециркули­ рующей осветленной сточной жидкости, которая затем подается в безна­ порную зону флотационного илоотделителя. Сфлотированный ил концен­ трацией 30-50 г/л из пенного флотатора удаляется скребками различной конструкции или самотечным переливом на рециркуляцию в зону аэрации и частично в качестве избыточного активного ила отводится на сооружения обработки осадка.

Как показал опыт эксплуатации флототенков, количество избыточного активного ила невелико, и в ряде случаев можно обойтись без его выведе­ ния из системы. Это объясняется тем, что снижение удельной окислитель­ ной мощности активного ила при увеличении его дозы автоматически пере­ водит активный ил в фазу продленной аэрации, которая характеризуется весьма малым или даже нулевым приростом биомассы.

Флототенки, как и фильтротенки, целесообразно применять для непол­ ной биологической очистки высококонцентрированных производственных сточных вод в двухступенчатых схемах в качестве первой ступени или на локальных сооружениях промышленных предприятий.

По данным ВНИИ «Водгео», применение флототенков экономически целесообразно:

• 
  для сточных вод с БПК более 400-500 мг/л;
  
• 
  трудно окисляемых сточных вод, время аэрации которых составляет более 16-20 ч;
  
• 
  производственных сточных вод, при очистке которых образуется
  

«вспухающий» активный ил.

Одним из способов увеличения массы активного ила в аэротенках может быть заполнение всего или части их объема инертными материалами с раз­ витой поверхностью, обрастающей биологической пленкой (биотенки). Та­ кое закрепление микроорганизмов позволяет увеличить количество ила в аэротенках без существенного увеличения концентрации иловой смеси, поступающей во вторичные отстойники. В аэротенках размещаются блоки

плоских или волнистых асбестоцементных листов, пластмассовые решетки, щиты в виде металлического или деревянного каркаса с закрепленными на них листами поролона, стекловолокна, синтетическими тканями и другими материалами. Возможно заполнение объема аэротенка полиуретаном, поли­ стиролом, пластмассовыми элементами, кольцами и др. В аэротенках с за­ крепленной биомассой необходимо обеспечивать соответствующие условия для аэрации и циркуляции иловой смеси во всем объеме сооружения с тем, чтобы избежать возможного появления застойных зон. Ниже представлен биотенк, выполненный на базе аэротенка коридорного типа (рис. 2.15).

3

5

4


Рис. 2.15. Коридорный биотенк с низ­ конапорной аэрацией: / - направляющие; 2- воздуховод; 3- зa'l)yJKa над аэратором; 4 - аэратор; 5 - основная загрузка

Кассеты, в которых натянута перфорированная пластмассовая пленка, установлены перпендикулярно продольным стенкам аэротенка по направ­ ляюшим. Часть кассет установлена над аэраторами под углом 60° По дан­ ным испытаний окислительная мощность такого биотенка в 1,5 раза выше, чем аэротенка обычной конструкции при одинаковой степени очистки.

Аэротенки с регулярной плоскопараллельной или трубчатой насадкой,

а также с перфорированной засыпной загрузкой рекомендуется применять для очистки концентрированных сточных вод при резком колебании их со­ става или при большой вероятности залповых сбросов. Особенно целесооб­ разно их применение для очистки сточных вод, характеризующихся образо­ ванием «вспухающего» активного ила.

Применение мелкофракционных загрузочных материалов (полимеры, кварцевый песок, керамзит, цеолит, силикат, гранулированные синтетиче­ ские или минеральные материалы) наиболее целесообразно в виде взве-

шенного слоя в вертикальных сооружениях, например в башенных аэротен­ ках высотой 10-30 м.

Совершенствование гидродинамического режима аэротенков позволяет

интенсифицировать их работу. Аэротенки-вытеснители обеспечивают высо­ кое качество и стабильность нагрузки, однако доза ила в них невелика, и на­ грузка на него распределяется неравномерно. Аэротенки-смесители отлича­ ются равномерностью нагрузки на активный ил по органическим загрязнени­ ям, что обеспечивает высокую скорость изъятия. загрязнений. Однако в них возможен проскок неочищенной сточной воды.

В конструкции аэротенка с неравномерно рассредоточенной подачей сточной жидкости (АНР) сочетаются преимущества аэротенка-смесителя и аэротенка-вытеснителя. Подача сточной жидкости в аэротенки такого типа осуществляется по длине сооружения через затворы-водосливы, обес­ печивающие регулирование расхода пропорционально концентрации ак­ тивного ила в зоне аэрации. Общая масса активного ила в АНР выше, чем в аэротенках-вытеснителях, вследствие чего окислительная мощность со­ оружения повышается на 25-30 %.

С целью повышения эффективности работы действующих коридорных аэротенков целесообразно переоборудовать их в многокамерные аэротенки. В таком устройстве, разделенном перегородками с отверсТИJJми на ряд ка­ мер, осуществляется полное перемешивание жидкости в пределах каждой из них, но отсутствует перемешивание между ними. Последовательное пе­ ретекание иловой смеси из одной камеры в другую создает гидродинамиче­ ский режим, в большей степени отвечающий режиму идеального вытесне­ ния, причем мера этого соответствия возрастает с увеличением числа ка­ мер.

Как пример на рис. 2. 16 приведены зависимости расчетных остаточных концентраций органических загрязнений по БПК от продолжительности очистки сточных вод в аэрот нках разных типов.

Разделение аэротенка на камеры можно осуществлять с помощью пере­

городок и Р, ? разн. 1х м_, риалов лезобетона, дерева, пластмасс и др.). Отверстия для перетекания жидкости из камеры в камеру надо раз­ мещать у дна аэротенка, скорость потока в отверстии должна быть при мак­ симальном притоке около 0,2 м/с.

Каждая секция аэротенка состоит из 4-1 О камер. Их размеры могут быть одинаковыми, хотя, если учесть характер снижения БПК по направленшо движения воды от камеры к камере, можно устанавливать оптимальные размеры каждой из них, что будет отвечатъ максимально возможному сни­ жению БПК сточных вод при заданном объеме аэротенка.

В последние годы получили развитие глубокие аэротенки с вертикаль­ ным движением воды, названные шахтными. Такие аэротенки выполняются диаметром от 250 мм до нескольких метров и глубиной до 360 м. Общий

рабочий объем шахтного аэротенка разделен на две секции: восходящего и нисходящего потоков. Обычно это реакторы типа «труба в трубе» или перегородчатые. В секциях шахтного аэротенка подаваемый компрессором воздух создает эрлифтную циркуляцию сточных вод. Возможно создание циркуляции иловой смеси насосом.

.

o 2 4 ^{6 8 10}

Рис. 2.16. Зависимости остаточных концентраций органических загрязнений (по БПК₅) от продолжительности аэрации сточных вод в «идеальных» аэротенках: J - смесители; 2 - многокамерные (камеры одного размера); 3 - вытеснители
Для устройства шахтных аэротенков используют горные выработки, трубчатые колодцы, кроме того, их можно сооружать способом опускного колодца.

Глубокие аэротенки обладают рядом преимуществ по сравнению с тра­ диционными: их объем в 2-2,5 раза м'еньше, капитальные затраты на строи­ тельство сокращаются на 20 %. Они занимают значительно меньше площа­ ди. Благодаря высокому гидростатическому давлению растворимость кисло­ рода в шахтных аэротенках в 2 раза выше, что позволяет снизить мощность компрессоров и уменьшить количество подаваемого воздуха, Так, на l кВт•ч затраченной электроэнергии при глубине аэротенка 100-300 м за час обес­ печивается ввод в сточную жидкость 3 кг кислорода на l м³ аэротенка. Ко­ личество избыточного активного ила в шахтных аэротенках снижается на 50 %, вследствие чего облегчается его переработка. Высокая турбулентность при аэрации в аэротенках большой глубины исключает возможность проте­ кания анаэробных процессов и выделения запахов. Степень использования кислорода в шахтных аэротенках составляет до 90 %. Аэротенки шахтного типа разрабатываются и эксплуатируются в Великобритании, Канаде, Гер­ мании, Италии, Японии, Украине и других странах.

Разделение иловой смеси после шахтных аэротенков может успешно осуществляться во флотационных илоотделителях. Флотация происходит

самопроизвольно за счет наимельчайших пузырьков воздуха. выделяющихся из раствора при уменьшении давления в выходящем потоке.

На реконструируемых очистных сооружениях шахтные аэротенки целе­ сообразно использовать как первую ступень биологической очистки перед аэротенками-вытеснителями или биофильтрами.

Необходимый объем шахтного аэротенка можно определить по форму­ лам, которые рекомендует CHиll 2.04.03-85* для аэротенков-смесителей,

с использованием констант, соответствующих виду очищаемых сточных вод. Общий объем аэротенка включает объем шахты и оголовка. Диаметр и глу­ бина шахты назначаютса из условия обеспечения биохимического процесса необходимой дозой кислорода. Степень использования кислорода принима­ ется в за.чисимости от глубины аэротенка и составляет около 50--70 %.

Рециркуляционный расход иловой смеси в шахтном аэротенке с насос­ ной циркуляцией определяется по формуле

QZ ( L,п + L,,)

Q ----'----

Р - три '

(2.5)

где Q - расчетный расход сточных вод, м³/ч; Z - удельный расход кисло­ рода, r/r БПКn; L,n и L,. - БПКn неочищенных и очищенных сточных вод; т - количество кислорода в атмосферном воздухе, г/м³; р - степень ис­

пользования кислорода воздуха, часть единицы; и - отношение расхода воздуха к рециркуляционной иловой смеси (0,26-0,27).

Расчетные скорости движения иловой смеси в центральной трубе и меж­ трубном пространстве принимают в пределах 1-2 м/с.

Совершенствование системы аэрации сточных вод позволяет в значи­ тельной мере интенсифицировать процесс биологической очистки, снизить эксплуатационные расходы и затраты электроэнергии. Именно системой аэрации в конечном итоге определяется максимальная концентрация актив­ ного ила в аэротенках и тем самым его максимальная окислительная спо­ собность, если считать, что эта максимальная концентрация не лимитирует­ ся работой илоотделителей (вторичных отстойников, флотаторов и др.).

Потребность в кислороде складывается из расходов кислорода на окис­ ление органических веществ и на зндогенное дыхание микроорганизмов. Она определяется обычно по экспериментально найденной величине удель­ ного расхода кислорода на 1 кг снятой БПК₅ или БПКn.

Удельный расход кислорода зависит в основном от степени очистки сточ­ ных вод и может изменяться в довольно широком интервале 0,9-2,2 кг/кг. При очистке городских сточных вод удельный расход кислорода рекоменду­ ется применять при полной биологической очистке 1,1 кг/кг, при неполной 0,9 кг/кг БПКn, ·

При увеличении концентрации активного ила в аэротенке возрастает ко­ личество кислорода, расходуемого на эндогенное дыхание микроорганиз­ мов. Эта зависимость выражается формулой Эмде

М ₀ = O,SL." +О, lX₁ , ^(2.6)

3

где М_O - потребность в кислороде на биологическую очистку l м сточных

вод, кг 0 ₂/м³; Х _{1 -} количество активного ила участвующего в процессе очи­ стiш, в расчете на l м³ очищаемых сточных вод, кг/м ³

Предельная концентрация активного ила в аэротеике (по беззольному

веществу) рассчитывается следующим образом, кг/м ³_:

А= ОС ,

(zp(l-S))
(2.7)

где ОС - окислительная способность системы аэрации кг 0 ₂/м³·r; Z удельный расход кислорода, кг/БПКп; р - скорость окисления загрязнений, кг БПКп на l кг беззольного вещества активного ила в час; S - зольность активного ила, доля единицы.

Приведенная зависимость показывает, что повышение концентрации ак­ тивного ила в аэротенке без соответствующего увеличения окислительной способности системы аэрации приведет к недостатку кислорода и, в конеч­ ном итоге, к снижению окислительной способности аэротенка. Производи­ тельность аэротенка можно увеличить за счет применения системы аэрации с большей окислительной способностью, чем существующая при соответ­ ствующем увеличении концентрации активного ила. Максимальные кон­ центрации активного ила в аэротенках, вычисленные щ> известным данным об окислительной способности разных систем аэрации и типов аэраторов, приведены в табл. 2.7.

Как следует из табл. 2.7, возможности увеличения концентрации активно­ го ила при традиционно применяемой пневматической аэрации и многих ти­ пах механических аэраторов весьма ограничены. При использовании пневма­ тической аэрации некоторое увеличение объемного коэффициента массопе­ редачи возможно за счет повышения интенсивности аэрации. Однако основной способ повышения окислительной способности пневматической системы аэрации - это увеличение площади, занимаемой аэраторами в плане аэротенка. Поэтому одновременно с увеличением расхода воздуха, подавае­ мого в аэротенки, следует увеличить количество рядов аэраторов, разместив их вдоль обеих стен коридора или в несколько рядов по всей площади. Окис­ лиrельиую способность механических аэраторов можно повысить, уменьшив

объем аэротенка, приходящийся на каждый из них. Однако сокращение зоны обслуживания отдельным аэратором возможно лишь до определенного nре­ дела, зависящего от конструкции аэратора и принципа его рабо'Iы.

Таблица 2.7

Система аэрации и тип аэратора	Эффективность аэрации, кг O2/(кВт-ч)	Окислительная способность системы аэрации, кг O2/м'- ч	Максимальна.я концентрация активного ила в аэротеиках, кг/м'
Пневматическая аэрация: мелкопузырчатая среднепузырчатая коvпнопvзыочатая	2,2 1,4-1,8 1,2	0,05-0,07 0,03-0,05 0,04-0,05	2,9 2,1 2,1
Механическая аэрация:
дисковый аэратор	2,7-3,0	0,1	6,2
турбщ1ный аэратор:
ТА-!	2,19	0,15	3,3
ТА-2	2,83	0,08	3,1
Пропеллерный аэратор:		0,075
Ан-lм	1,8-2,14	0,09-0,16	6,6
С-16	2,1-2,5	0,09-0,33	13,7
Пневмомеханическая аэрация: аэратор типа АПМ пропеллерный аэратор конструкции ЛИСИ стоvйный аэоатоо (ГПР)	1,7-2,5	0,03-0,2	8,2
	1,7-2,3	0,02-0,6	более 20
	2,5-5,0	0,2-5	более 20

В аэротенках-смесителях с повышенными дозами активного ила успеш­ но могут использоваться струйные аэраторы, работающие на принципе по­ дачи атмосферного воздуха в аэротенк струей воды, которая двигается с высокой скоростью (8-12 м/с). Наиболее известны струйные аэраторы шахтного типа (рис. 2.17).

1

Рис. 2.17 Схема установки струйного аэратора типа шахтного водослива: / - аэротенк; 2- струйный аэратор; З- напор­ ный трубопровод; 4 - насос

Воздух+

2 _з

4

Методика расчета таких аэраторов подробно изложена в литературе, а среди преимуществ можно выделить следующие:

• 
  высокую окислительную способность, которая достигает 3 кг O₂/м³•ч при эффективности аэрации 2,5-5 кг Оz/кВт-ч;
  
• 
  интенсивность перемешивания иловой смеси;
  
• 
  простоту конструкции;
  
• 
  возможность использования низконапорных насосов;
  
• 
  высокую надежность и простоту эксплуатации.
  

Площадь кольцевого сечения и параметры процесса аэрации можно из­ менять, если в конструкции аэратора предусмотреть возможность верти­ кального перемещения воздушной трубы (рис. 2.18).

На нижней части воздушной трубы целесообразно разместить радиально направленные стержни (6-12 шт.), разделяющие водный поток на отдель­ ные струи, что увеличивает эффект засасывания воздуха из атмосферы и улучшает его диспергирование в пределах аэратора.

5
3

а б в

Рис.2.18.Напорные струйные аэраторы с нерегулируемым (а)и регулируемым (6, в) кольцевыми сечениями: / - трубопровод подачи жидкости; 2- жестко закрепленная воз­ душна.я труба; 3- радиальные стержни; 4- подвижная воздушная труба; 5- регулировочный конус

Совершенствова1:1ие мелкопузырчатой аэрации идет по пути создания ус­ тойчивых к засорению, а также легко извлекаемых и заменяемых или регене­ рируемых фильтросов. Примером может быть аэратор пневматический «По­ липор», обладающий высокой прочностью и долговечностью, химической стойкостью, устойчивостью к rидро- и аэродинамическим ударам, просто­ той монтажа и демонтажа.

Аэратор состоит из полиэтиленовых труб с внутренним диаметром 100 мм, покрытых дисперrирующим слоем (рис. 2.19). Длина элемента l000-1500-2000 мм, потери напора 300-400 мм вод. ст.

Каркас 11ерфорироват-1ый трубчатый

Воздухорас11ределителы-1ые отверстw1 с глубокойзенковкой

Крутюпористое покрытие Диспергирующее покрытие


Подача/ воздуха

Рис. 2.19. Аэратор «Полипор))
Новейшие испытания различных систем аэрации, выполненные рядом организаций под руководством НИИ КВОВ, показали, что наиболее высо­ кие эксплуатационные показатели имеют пластмассовые аэраторы: трубча­ тые и дисковые. Производительность 1 м² трубчатого аэратора составляет 41-167 м³/ч воздуха, дискового аэратора 79-237 м³/ч воздуха. Более высо­ кая производительность 1 м² дискового аэратора связана с тем, что только 25-30 % площади трубчатого аэратора участвует в процессе аэрации. За­ траты электроэнергии на 1 кг снятой БПК₅ составили для дисковых аэрато­ ров 0,6 кВт-ч/кг, для трубчатых 0,95 кВт-ч/кг. Ниже (рис. 2.20) показан дис­ ковый аэратор НИИ КВОВ. Его параметры: диаметр 210 мм; размер пу­ зырьков воздуха 2-2,5 мм; расчетное количество воздуха через один аэратор 5-6 м³/ч; потери напора 100-200 мм вод. ст., коэффициент исполь­ зования воздуха 15-25 %; срок эксплуатации не менее 20 лет.

Наряду с преимуществами указанного аэратора, по сравнению с фильт­ росными пластинами и трубами, можно отметить возможность повышения эффективности работы аэрационной системы при увеличении ширины аэрируемой зоны (J;,, / / ₀₁ ) Так, для мелкопузырчатой системы аэрации с параметром /., / f , = 1, по сравнению с аэрационной системой при f,,,/ J;,, = О,1 , увеличение капитальных вложений на 65 % компенсируется сокращением эксплуатационных затрат за счет снижения интенсивности

аэрации и расхода электроэнергии в 3 раза, в результате чего приведенные расходы снижаются до 7 %.

Возможность интенсифицировать биологическую очистку сточных вод в аэротенках путем разделения процесса очистки на отдельные ступени ба­ зируется на разных предпосылках. Ступенчатая очистка целесообразнее всего тогда, когда высококонцентрированные сточные воды содержат за­ грязнения, отличающиеся скоростями их биологического окисления.

4

₁ 5
Рис. 2.20. Пластмассовый мелкопу­ зырчатый аэратор НИИ КВОВ с двух­ слойной пористой пластиной: / - кор­ пус аэратора; 2- двухслойная пластина; 3- обратный клапан; 4 - зажимное кольцо; 5 - резиновое уплотнение; 6- ооздухопрооод; 7- стойка; 8 - дно азротенка
Наиболее перспективным может быть путь, если на первой ступени биологической очистки используются высоконагружаемые аэротенки­ смесители с высокими дозами активного ила, а на второй ступени - аэро­ тенки-вытеснители, работающие при дозах активного ила, обеспечивающих нормальную работу вторичных отстойников. В качестве аэротенков-смеси­ телей на первой ступени могут использоваться аэротенки-отстойники раз­ ных типов, аэротенки-осветлители, фильтротенки, биотенки, аэротенки с флотационными илоразделителями.

В зависимости от типа используемых аэротенков-смесителей на первой ступени действуют разные технологические схемы двухступенчатой биоло­ гической очистки сточных вод.

Практическое осуществление рекомендованных технологических схем двухступенчатой очистки сточных вод на действующих очистных сооруже­ ниях возможно несколькими путями. Дополнительно к существующим аэ­ ротенкам можно построить аэротенки-смесители первой ступени. Под них выделяют часть объема существующих аэротенков. В случае использования для первичного отстаивания сточных вод флотационных коагуляторов или тонкослойных отстойников под аэротенки-смесители первой ступени выде­ ляют освободившиеся первичные отстойники.

В отдельных случаях при двухступенчатой очистке можно вообще отка­ заться от первичного отстаивания и перейти на биологическую очистку неосветленных сточных вод, ограничившись лишь удалением из них наи­ более тяжелых rрубодисперсных примесей за счет кратковременного от­ стаивания (10-1 S мин).

Реконструкция и интенсификация работы биофw,ьтров

Рециркуляция, т.е. повторная подача на биофильтры части очищенных сточных вод вместе с неочищенными стоками, увеличивает производитель­ ность биофильтров и повышает эффективность биологической очистки. Возвращаемая на биофильтры очишенная вода несет с собой кислород, нитриты и нитраты, аэробные микроорганизмы и ферменты. Вследствие этого смесь рециркуляционной воды с неочищенными сточными водами приобретает свойства, обеспечивающие повышение скорости окисления загрязненной биопленкой. При рециркуляции в процессе очистки с боль­ шей эффективностью участвует нижний слой загрузки биофильтра, умень­ шается 6пасность заиливания загрузки, сглаживаются пики концентраций загрязнений сточных вод, обеспечивается более равномерная гидравличе­ ская нагрузка биофильтра в течение суток. Рециркуляция обязательна во всех случаях, когда БПКп сточных вод превышает 220 мг/л при очистке их на капельных биофильтрах, 300 мг/л при очистке на высоконагружаемых биофильтрах, 250 мг/л на биофильтрах с пластмассовой загрузкой.

Рециркуляция как способ интенсификации работы действующих био­ фильтров может быть осуществлена несколькими путями. Рециркуляцион­ ную воду отбирают из канала после вторичных отстойников и смешивают ее со сточными водами, осветленными в первичных отстойниках (рис. 2.21, а). В этом случае введение рециркуляции увеличивает нагрузку на вторичные отстойники, поэтому в большинстве случаев необходимо строительство дополнительных отстойников.

Роль рециркуляции существенно повышается, если рециркуляционная вода забирается вместе с осевшей биопленкой из осадочной части вторич­ ных отстойников и смешивается с неочищенными сточными водами перед первичными отстойниками (рис. 2.21, 6).

7


а б

Рис. 2.21. Схема очистки сточных вод на биофильтрах с рециркуляцией очищен­ ной воды: 1 - первичный отстойник; 2 - биофильтр; 3 - вторичный отстойник; 4 - рецир­ куляuионна.я вода; 5 - насос; 6 - биопленка; 7 - сырой осадок; 8 - рециркуляциониа.я вода с биопленкой

В смеси сточных вод уже на этапе первичного их осветления начинаются процессы биологической очистки, часть растворенных и коллоиднь1х загряз­ нений удаляется из воды за счет биокоаrуляции их биопленкой. Применение рециркуляции с подачей биопленки в первичные отстойники позволяет в сравнении с обычной схемой повысить эффект очистки сточных вод на био­ фильтрах с 75-80 до 80--85 % при нагрузке по БПК₂₀ 3,2 кr/м ·сут.

Описанны!:! способ рециркуляции позволяет сохранить прежним объем

вторичных отстойников, рабочая зона которых в этом случае рассчитывает­ ся только на расход очищаемых сточных вод, но требует увеличения объе­ ма первичных отстойников пропорционально рециркуляционному расходу. Нужно отметить, что суммарный объем первичных и вторичных отстойни­ ков при описанных сп9собах рециркуляции не меняется, если продолжи­ тельность первичного и вторичного отстаивания, а также коэффициенты рециркуляции одинаковы.

Разработан способ очистки сточных вод, в котором рационально соче­ таются рециркуляция очищенной воды и флотационное осветление ее перед подачей на биологические фильтры. Сущность способа заключается в том, что рециркуляционная вода, отбираемая вместе с биопленкой из осадочной части вторичных отстойников, используется в качестве рабочей жидкости биокоагулятора, используемого для предварительного осветления сточных вод (рис. 2.22).


9

Рис. 2.22. Схема очистки сточных вод на биофильтрах с предварительным флотаци­ онным осветлением воды: / - флотационный биокоагулятор; 2- биофильтр; 3- вторичный отстойник; 4 - насос; 5 - водоструйный эжектор; 6 - напорный бак; 7 - рециркуляционная рабочая жидкость; 8- осадок; 9 - флотационный шлам
Опытно-промышленные испытания способа были проведены на двух видах сточных вод: смеси хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод, поступающих в городские очистные сооружения (город Ров­ но), и смеси производственных стоков льнокомбината, мясокомбината, фабрики нетканых материалов с незначительной примесью хозяйственно­ бытовых сточных вод.

Установлено, что высокий и устойчивый эффект предварительной очист­ ки сточных вод наблюдается при гидравлических нагрузках, составляющих 6-8 м³/м-² ч. При коэффициентах рециркуляции 0,5-1 эффект удаления взве­ шенных веществ составил 61,0--64,4 %, органических веществ БПК₅ 35-38 %. Коэффициент рециркуляции при очистке был принят равным 0,5.

Максимальная гидравлическая нагрузка на контрольный биофильтр 16 м³/м-² ч, а на биофильтр, очищающий сточные воды после флотационного осветления, 22 м³/м²•с ут. Качество очищенной воды в обоих случаях практи­ чески одинаково. Очистку смеси производственных сточных вод производи­ ли при коэффициенте рециркуляции равном единице. Гидравлическая на­ грузка на контрольный биофильтр была доведена до 20, а на опытный био­ фильтр до 28 м³/м-² сут. При указанных параметрах на обоих биофильтрах была обеспечена полная биологическая очистка сточных вод с практически одинаковым качеством очищенной воды.

Достигнутое увеличение производительности опытного биофильтра на

37-40 % в сравнении с контрольным дает основание считать, что рекомен­ дуемый способ может с успехом применяться на станциях биофильтрации.

Искусствеиная вентиляция загрузки биофильтров. Обеспеченность

микроорганизмов биологической пленки кислородом является важнейшим фактором, определяющим эффективность работы биофильтров. Дефицит кислорода может быть особенно выражен в капельных и высоконагружае­ мых биофильтрах с объемной засыпной загрузкой из щебня, гравия, керам­ зита, кокса, шлака. Активная биомасса в таких биофильтрах обычно очень неравномерно распределена по высоте загрузки. Около 70 % аэробных мик­ роорганизмов сосредоточено в верхнем слое загрузки толщиной до 250 мм. В более глубоких слоях в большом количестве присутствуют анаэробные микроорганизмы, что является следствием ощущаемого здесь дефицита кислорода.

Существование в загрузке анаэробных зон обусловлено ее заиливанием из-за перегрузки биофильтра поступающими загрязнениями при недостаточ­ ной гидравлической нагрузке. Вместе с тем, дефицит кислорода в загрузке биофильтров может быть вызван недостаточной интенсивностью ее вентиля­ ции, особенно естественной, рассчитанной в основном на поступление возду­ ха в толщу загрузки, обусловленной разницей его температур внутри и сна­ ружи биофильтра. Интенсивность естественной вентиляции загрузки зависит от ее сопротивления движеюпо воздуха, которое возрастает по мере зараста­ ния загрузки биопленкой. Прекращение поступления кислорода в загрузку вызывает гниение биопленки и выход биофильтра из строя. Такой опасности в наибольшей степени подвержены капельные биофильтры. Аэрацию их за­ грузки можно улучшить применением вентиляторов для подачи воздуха в междудонное пространство под слой загрузочного материаrlа.

Найденное расчетным путем необходимое количество воздуха способно обеспечить биохимические процессы кислородом только при равномерном распределении его по всему объему загрузки, что возможно лишь при оди­ наковом ее гидравлическом сопротивлении по всей площади биофильтра. К сожалению, такие случаи весьма редки из-за неоднородности загрузки по гранулометрическому составу и наличию локальных заиленных участков. Поэтому перед переводом биофильтра на работу с искусственной вентиля­ цией необходимо устранить непроходимость отдельных участков для воды и воздуха, наблюдаемую < аще всего в местах, где сосредоточен неоднород­ ный загрузочный материал или не обеспечена достаточная интенсивность орошения загрузки. При необходимости надо промыть или заменить всю загрузку биофильтра или ее верхний слой. Биофильтры при переводе их с естественной на искусственную вентиляцию загрузки оборудуются герме­ тичными заглушками на отверстиях, используемых при естественной вен­ тиляции, а также rидрозатворами на лотках или трубопроводах для отвода очищенной воды.

Известно, что процесс биологической очистки сточных вод на биофильт­ рах можно интенсифицировать вентиляцией загрузки в направлении сверху вниз, т.е. одинаковом с направлением движения воды в биофильтре. При та­ кой системе свежий воздух с большим содержанием кислорода поступает в верхнюю зону загрузки, где с наибольшей интенсивностью протекают био­ химическ,ие процессы окисления загрязнений и потребность в кислороде максимальна. Биофильтры с нисходящим потоком воздуха работают надежно и отличаются от обычных повышенной мощностью. Однако их приходится делать закрытыми, что усложняет конструкцию. Вместе с тем возможен про­ стой способ решения задачи вентиляции открытых Qиофильтров с подачей воздуха в загрузку в направлении сверху вниз. Для этого необходимо под­ ключить всасывающий воздуховод вентилятора или воздуходувки к между­ донному пространству биофильтра (рис. 2.23), что и обеспечит нужное на­ правление движения воздуха в загрузке.

Рис. 2.23. Биофильтр с вентиляцией загрузки в направлении сверху вниз:

/ - подающий трубопровод; 2 - распреде­ лительное устройство; 3 отводЯщий трубопровод; 4 - гидравлический затвор; 5 - вентилятор
В целях повышения степени использования кислорода воздуха и сокращения затрат электроэнергии на вентиляцию загрузки воздух, заби-

раемый из междудонного пространства одного биофильтра, тем же венти­

,1ятором может быть подан в другой биофильтр для обычной вентиляции в направлении снизу вверх.

Применение новых видов загрузочных материалов. Одним из ради­

кальных путей интенсификации работы биофильтров является увеличение количества активной биологической пленки в фильтрующей загрузке. При прочих равных условиях количество биопленки будет возрастать пропор­ ционально увеличению удельной поверхности загрузочного материала.

Засыпные загрузки большинства действующих биофильтров при крупно­ сти фракций 25--65 мм имеют удельную поверхность размером 50-125 м²/м³ Пористость загрузок из гравия, щебня и других подобных материалов состав­ ляет 40-50 %, т.е. более половины объема загрузки занято инертным мате­ риалом. Низкая пористость является причиной плохой вентиляции и частого заиливания засыпных загрузок.

В последние годы в нашей стране и за рубежом предложено большое ко­ личество новых видов загрузочных материалов из плоскостных элементов из пластмасс, асбестоцемента и др. Фильтрующие загрузки из таких элементов

)
имеют хорошую развитую поверхность (90-250 м²/м³

и высокую пористость

(более 90 %). Именно этот тип загрузки может с успехом заменить традици­ онно применяемые, что позволяет в 3--4 раза увеличить окислительную мощ­ ность высоконагружаемых биофильтров и в 8-10 раз капельных (табл. 2.8). Высокая пористость плоскостных загрузок делает их практически незаили­ вающимися и обеспечивает интенсивную естественную аэрацию. Практи­ ческое использование плоскостных пластмассовых загрузок на действую­ щих биофильтрах ограничивается пока их недостаточным производством.
Таблица 2.8

Тип биофильтра	Порисmсть, %	Удельная поверхность, м2/м3	Окислительная мощность, кг/м-3 суr
Капельный	40	125	0,2
Высоконагружаемый с загрузкой: из щебня плоскостной полиэтиленовой плоскостной из асбестоцемент- ных листов блочной из пеностекла мягкой пленочной	50	65	0,65
	87	250	3,6
	80 60	60 70	1,2 1,35
	99	40	1,05
Башенный	60	50	1,5

При необходимости засыпная загрузка действующих биофильтров заме­ няется загрузкой из асбестоцементных листов или пеностек.ла, что позволя­ ет существенно повысить окислительную мощность биофильтров.

Интенсификация работы биофильтра возможна также при использова­ нии в биофильтрах неоднородных по высоте слоев композитных загрузок. Верхние слои загрузки должны быть из крупного материала, средние и нижние - из мелкого. Использование неоднородных загрузок позволяет интенсифицировать процесс удаления загрязнений, исключить заиление, повысить надежность работы биофильтров.

Использование комбинированных технологических схем очистки сточных вод на биофильтрах. При перегрузке биофильтров по количеству поступающих загрязнений интенсификация биохимических процессов и улучшение условий выноса из загрузки биопленки достигается переводом биофильтров на двухступенчатый режим работы, когда на часть секций биофильтров подают воду, прошедшую очистку на другой части биофильт­ ров (рис. 2.24, 2.25).

Рис. 2.24. Ступенчатая биофильтрация с выделением сорбционной зоны изъя­ тия загрязнений: / биофильтр первой Сl)'Пени; (сорбционная очистка); 2,3- био­ фильтры второй Сl)'Пени; 4 - вторичный от­ стойник
В таком случае при одинаковой площади секций биофильтров, отводи­ мых под первую и вторую ступень, гидравлическая нагрузка на каждую из них возрастает вдвое. Возможен вариант, при котором несколько секций биофильтра переводятся в режим работы высоконаrружаемых, а остальные работают как капельные.

Двухступенчатая очистка сточных вод потребует, возможно, увеличения пропускной способности трубопроводов, обслуживающих отдельные сек­ ции биофильтров, установки насосов для перекачивания сточных вод на биофильтры второй ступени и устройства промежуточных вторичных от­ стойников с продолжительностью отстаивания один час после биофильтров первой ступени.

При переводе биофильтров на режим двухступенчатой очистки необхо­ димо учитывать, что, в соответствии с действующими нормативами, гид­ равлические нагрузки биофильтров должны находиться в нормируемых пределах: 1-3 м³/м ²·сут для капельных биофильтров, 10-30 м³/м²•с ут для высоконаrружаемых. Как показывает опыт, эффективная работа биофильт-

ров при рециркуляции и подаче в них достаточного количества воздуха возможна при значительно больших гидравлических нагрузках, чем норми­ руемые. Улучшить работу перегруженных биофильтров можно посредст­ вом включения в технологическую схему высоконагружаемого аэротенка­ смесителя, расположенного перед биофильтрами (рис. 2.26).

5

Рис. 2.25. Ступенчатая биофильтра­ ция (вертикальные схемы): 1 - био­

фильтр первой ступени; 2,3- биофильтры ₃

второй ступени; 4 отвод вторичных сточных вод; 5 подача неочищенных сточных вод

2

_j ¹

1

1

1

1

L--

Рис. 2.26. Схема двухступенчатой очистки сточных вод с аэротенком перед био­ фильтрами: / - высоконlЩ)ужаемый аэротенк; 2 - воздух; 3 - вторичный отстойник; 4 - био­ фильч ; 5 - воздуходувка

Задачей аэротенка-смесителя является снижение концентраций органи­ ческих примесей в воде, поступающей на завершающую стадию биологиче- ской очистки. .

В качестве аэротенка первой ступени используются аэроте отстоиu ники, аэротенки-осветлители, а также аэротенки с отдельно pacn^Hk\1.

женным вторичным отстоиu ником. ^А эротенки первоиu ступени могут ₆

ь1ть

оборудованы механическими, струйными или пневматическими аэраторам

В последнем случае забор воздуха, подаваемого в аэротенки, целесо б­

разно производить из междудонноrо пространства биофильтров, что об_ес. печит нисходящее движение воздуха в системе биофильтр-аэротенк.

Возможна технологическая схема двухступенчатой биологической очи. стки сточных вод с аэротенками после биофильтров (рис. 2.27).
4


Ри . 2.27 Схема двухступенчатой очистки сточных вод с аэротенком после био­ фильтров: / - биофильч,; 2- возвратный активный ил; 3- аэротенк; 4- вторичный отстой­ ник; 5 - насос

Строительство аэротенков второй ступени в дополнение к сущест­ вующим биофильтрам во многих случаях осуществить проще, чем строи­ тельство их перед биофильтрами. В аэротенки второй ступени подается неосветленная вода после биофильтров, а существующие вторичные от­ стойники используются для отделения от очищенной воды активного ила. Учитывая, что продолжительность вторичного отстаивания сточных вод после аэротенков должна быть не менее двух часов, одновременно со строительством аэротенков в большинстве случаев потребуется некоторое расширение вторичных отстойников.