Водоотведение и очистка сточных вод
 Скачать 2.75 Mb.
|
|
L L L L k K L L k K t fin ex fin en lag ex en N lag lag N - число последовательных ступеней пруда K lag - коэффициент объемного использования каждой ступени пруда K lag - тоже, последней ступени и K log принимаются для искусственных прудов с отношением длины секций к ширине 20:1 и более - 0,8-0,9, при отношении 1:1 - 3:1 или для прудов, построенных на основе естественных местных водоемов (озер, запруд, - 0,35, для промежуточных случаев определяются интерполяцией L en - БПК полн воды, поступающей в данную ступень пруда L en - тоже, для последней ступени- БПК полн воды, выходящей изданной ступени пруда L ex - тоже, для последней ступени L fin - остаточная БПК полн , обусловленная внутриводоем- ными процессами и принимаемая летом 2-3 мг/л (для цветущих прудов - до 5 мг/л), зимой - 1-2 мг/л; k - константа скорости потребления кислорода, сут для производственных сточных вод устанавливается экспериментальным путем для городских и близких к ним по составу производственных сточных вод при отсутствии экспериментальных данных k для всех промежуточных секций очистного пруда может быть принята равной 0,1 сут, для последней ступени k = 0,07 сут (при температуре воды 20 С. Для прудов глубокой очистки k следует принимать, сут для й ступени для й ступени - 0,06; для остальных ступеней пруда - 0,05-0,04; для одноступенчатого пруда k = 0,06 сут -1 Для температур воды, отличающихся от 20 С, значение k должно быть скорректировано по формулам для температуры воды от 5 до 30 С 50 ; 047 , 1 для температуры воды от 0 до 5 С , 1 12 , 1 20 022 , 0 T T T k k k - коэффициент, определяемый в лабораторных условиях при температуре воды 20 С. Общая площадь зеркала воды прудам, с естественной аэрацией определяется по формуле , r C C K L L C Q F a ex a lag ex en a w lag Q w - расход сточных вод, м 3 сут; C a - следует определять по формуле 1 C h C T a a ; C T - растворимость кислорода вводе в зависимости от температуры и атмосферного давления, принимаемая по справочным данным h a - глубина погружения аэраторам- средняя концентрация кислорода в аэротенке, мг/л; в первом приближении СО допускается принимать 2 мг/л; C ex - концентрация кислорода, которую необходимо поддерживать вводе, выходящей из пруда, мг/л; r a - величина атмосферной аэрации при дефиците кислорода, равном единице, принимаемая 3-4 г/(м 2 сут); Расчетная глубина прудам, с естественной аэрацией определяется по формуле Рабочая глубина пруда не должна превышать, м при L en свыше 100 мг/л - 0,5, при L en до 100 мг/л - 1; для прудов глубокой очистки сот до 40 мг/л - 2, с L en до 20 мг/л - 3. При возможности замерзания пруда зимой Н должна быть увеличена нам. Время пребывания воды t lag , сут, глубокой очистки в пруде с искусственной аэрацией определяется по формуле , 1 3 , 2 ' N fin en en d lag L L L k N t k d - динамическая константа скорости потребления кислорода, равная k d = 1 k , 51 1 - коэффициент, зависящий от скорости v lag , мс, движения воды в пруде, создаваемой аэрирующими устройствами или перемещением воды по коридорам лабиринтного типа величина 1 , определяется по формуле 120 Если v lag 0,05 мс, то 1 = 7 Для повышения глубины очистки воды до БПК полн = 3 мг/л и снижения содержания в ней биогенных элементов (азота и фосфора) рекомендуется применение в пруде высшей водной растительности - камыша, рогоза, тростника при плотности посадки 150-200 растений нам. Высшая водная растительность должна быть размешена в последней секции пруда. Площадь, занимаемую высшей водной растительностью, допускается определять по нагрузке, составляющей 10 000 м 3 /сут нага БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД В ИСКУССТВЕННО СОЗДАННЫХ УСЛОВИЯХ. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ. 4.1 Теоретические основы метода биофильтрации Биологический фильтр (биофильтр) - сооружение, в котором сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической плёнкой (биоплёнкой), образованной колониями микроорганизмов (рисунок 4.1). Рисунок 4.1 - Схема биологического фильтра 1 - подача сточных вод 2 - водораспределительное устройство 3 - фильтрующая загрузка 4 - дренажное устройство 5 - очищенная сточная вода 6 - вентиляционное устройство Биофильтр состоит из следующих частей - фильтрующей загрузки, помещенной в резервуар круглой или прямоугольной в плане формы водораспределительного устройства, обеспечивающего равномерное орошение сточной водой поверхности загрузки биофильтра - дренажного устройства для удаления очищенной сточной воды - вентиляционного устройства, с помощью которого поступает необходимый для окислительного процесса воздух. Толщина образующейся биоплёнки зависит от гидравлической нагрузки, концентрации органических веществ, от пористости и удельной поверхности загрузочного материала, влияния внешней среды и многих других факторов. До конца нераскрыты процессы, протекающие в различных слоях биоплёнки, взаимовлияние анаэробного и аэробного слоев на эффективность функционирования сооружения. Вместе стем известно, что толщина анаэробного слоя значительно больше аэробного. В нормально работающем биофильтре общая толщина слоя биоплёнки может составлять от микрон в верхних его слоях до 3-6 мм в нижних. Процессы сорбции и деструкции загрязнений сточных вод в биологических фильтрах во многом сходны с процессами очистки сточных вод в других сооружениях биологической очистки ив первую очередь, в сооружениях почвенной очистки на полях орошения и полях фильтрации. Процессы биологического окисления органических загрязнений в биофильтрах протекают значительно интенсивнее за счёт увеличенной пористости загрузочного материала, по сравнению с пористостью почв. Фильтруясь через загрузку биофильтра, загрязненная вода оставляет в ней нерастворимые примеси, не осевшие в первичных отстойниках, а также коллоидные и растворенные органические вещества, сорбируемые биологической плёнкой. Под термином фильтрация не следует упрощенно понимать только процессы механического процеживания сквозь толщу загрузочного материала. Биофильтр это сооружение биологической очистки с фиксированной биомассой, закреплённой на поверхности среды-носителя, которая осуществляет процессы извлечения и сложной биологической переработки загрязнений из сточных вод, при этом увеличивается масса активной биологической плёнки в теле биофильтра. Микроорганизмы биоплёнки в процессе ферментативных реакций окисляют органические вещества, получая при этом питание и энергию, необходимые для своей жизнедеятельности. Часть органических веществ микроорганизмы используют как материал для увеличения своей массы. В процессе метаболических реакций происходит преобразование загрязнений в простые соединения (вода, минеральные соединения и газы, в результате из сточной воды удаляются органические загрязнения, проходят процессы де- нитрификации и увеличивается масса активной биологической пленки в теле биофильтра. Отработавшая и омертвевшая плёнка смывается и выносится из тела биофильтра протекающей сточной водой. Необходимый для биохимического процесса кислород поступает в толщу загрузки путём естественной или искусственной вентиляции фильтра (рисунок 11.2). Биофильтр представляет собой открытую экологическую систему, ограниченную в пространстве. Экосистема биофильтра состоит из двух сред живой (биоценоз биоплёнки) и неживой (конструктивная часть биофильтра, компоненты движущихся жидкой и газовой фаз. Биологическая плёнка, как живая среда экосистемы биофильтра, обеспечивается питанием и энергией посредством изъятия и переработки загрязнений сточной воды. 54 Рисунок 4.2 – Схема обмена веществ в слое биофильтра 1 - анаэробный слой биопленки; 2 - аэробный слой биопленки; 3 - слой сточной воды Экосистема биофильтр отличается устойчивым равновесием, то есть способностью за счет саморегулирования возвращаться в исходное состояние по пропускной способности и эффективности работы после отклонений от стабильного режима в результате воздействия окружающей среды и условий функционирования. Показателем жизнестойкости системы является большое разнообразие видового состава биоплёнки. Эффективность и пропускная способность биофильтров зависит от многих факторов влияния окружающей среды, состава и режима сточных вод, конструкции биофильтров, видового состава биопленки, эксплуатации. 55 4.2 Классификация биофильтров Биофильтры могут работать на полную и неполную биологическую очистку и классифицируются по различным признакам, основными из которых являются конструктивные особенности и вид загрузочного материала. По виду загрузочного материала биофильтры делятся на биофильтры с объемной загрузкой (гравий, шлак, керамзит, щебень) и биофильтры с плоскостной загрузкой (пластмассы, асбестоцемент, керамика, металл, ткани. Биофильтры с объемной загрузкой подразделяются наследующие капельные, имеющие крупность фракций загрузочного материала 20-30 мм и высоту слоя загрузки 1-2 м высоконагружаемые, имеющие крупность загрузочного материала 40- 60 мм и высоту слоя загрузки м биофильтры большой высоты (башенные, имеющие крупность загрузочного материала 60-80 мм и высоту слоя загрузки 8-16 м. Объемный загрузочный материал имеет плотность 500-1500 кг/м 3 и пористость 40-50%. Биофильтры с плоскостной загрузкой подразделяются с жесткой засыпной загрузкой. В качестве загрузки могут использоваться керамические, пластмассовые и металлические засыпные элементы. В зависимости от материала загрузки плотность ее составляет 100-600 кг/м 3 , пористость 70-90%, высота слоя загрузки 1-6 мс жесткой блочной загрузкой. Блочные загрузки могут выполняться из различных видов пластмассы (гофрированные и плоские листы или пространственные элементы, а также из асбестоцементных листов. Плотность пластмассовой загрузки 40-100 кг/м 3 , пористость 90-97%, высота слоя загрузки мс мягкой или рулонной загрузкой, выполненной из металлических сеток, пластмассовых пленок, синтетических тканей (нейлон, капрон, которые крепятся на каркасах или укладываются в виде рулонов. Плотность такой загрузки кг/м 3 , пористость 94-99%, высота слоя загрузки 3-8 м. Пропускная способность биофильтров зависит от конструктивных особенностей того или иного типа сооружения и объясняется содержанием активной биомассы на единицу объема биофильтра. Биофильтры с объёмной загрузкой (капельные биофильтры. В капельном биофильтре сточная вода подается в виде капель или струй. Естественная вентиляция осуществляется через открытую поверхность биофильтра и дренаж. Такие биофильтры имеют низкую нагрузку поводе- обычном нам объема загрузочного материала в сутки. Капельные биофильтры рекомендуется применять при расходе сточных вод не более 1000 м 3 /сут. Они предназначаются для полной биологической очистки сточных вод. Схема работы капельных биофильтров. Сточная вода, осветленная в первичных отстойниках, поступает в распределительные устройства, из которых периодически напускается на поверхность биофильтра. Вода, про- фильтровавшаяся через толщу загрузки, проходит через дренажную систему, 56 а далее по непроницаемому днищу стекает к отводным лоткам, расположенным за пределами биофильтра. Затем вода поступает во вторичные отстойники, в которых отмершая биоплёнка отделяется от очищенной воды. Высоконагружаемые биофильтры Отличительной особенностью этих сооружений является более высокая, по сравнению с капельными биофильтрами, окислительная мощность, что обусловлено меньшей заиляемостью таких фильтров и лучшим обменом воздуха в них. Достигается это благодаря крупным фракциям загрузочного материала и повышенной в несколько раз нагрузке поводе. Высокая скорость движения сточной воды в биофильтре обеспечивает постоянный вынос задержанных трудно окисляемых нераство- ренных примесей и отмирающей биопленки. Поступающий в тело биофильтра кислород воздуха расходуется в основном на биологическое окисление части загрязнений, не вынесенных из тела биофильтра. Они предназначаются для неполной и полной биологической очистки сточных вод. Башенные биофильтры Эти биофильтры имеют высоту 8-16 ми применяются для очистных станций пропускной способностью до 50 тыс м 3 /сут при благоприятном рельефе местности и при БПК очищенных сточных вод 20-25 мг/л. В отечественной практике они распространения не получили. Биофильтры с плоскостной загрузкой. Появление плоскостных - блочных, мягких и засыпных загрузочных материалов позволило значительно повысить производительность биологических фильтров, рисунок 4.3. Плотность плоскостных загрузочных материалов 12,2-140 кг/м 3 значительно меньше, чем традиционных из гравия или щебня 1350-1500 кг/м 3 , что позволяет упростить и облегчить фундамент и ограждающие конструкции биофильтров. Пористость плоскостных загрузочных материалов составляет 87-99%, что более чем вдвое выше, чему объемных загрузок (40-50%). Это позволяет отказаться от принудительной вентиляции и сэкономить значительное количество электроэнергии. Удельная поверхность плоскостных загрузочных материалов составляет 80-450 мм, против 50-80 мм у объемных. Однако, даже при одинаковой удельной поверхности активная поверхность плоскостных загрузочных материалов значительно больше за счет отсутствия мертвых зон, образующихся при соприкосновении фракций засыпного загрузочного материала. Производительность биофильтров из сложных загрузочных материалов, по сравнению с гладкими, при одинаковой площади удельной поверхности ив одинаковых условиях работы, на 67% выше. Они имеют высокую ин- дустриальность строительства, включая заводское изготовление блочного загрузочного материала или комплекса сооружений небольшой пропускной способности. Им свойственна высокая пропускная способность, как по расходу сточных вод, таки по снижению органических загрязнений, превышающая соответствующие показатели биофильтров с объемной загрузкой враз Рисунок 4.3 - Биофильтр с плоскостной (пластмассовой) загрузкой 1 - корпус из облегчённых листов по металлическому каркасу 2 - пластмассовая загрузка 3 - решетка 4 - бетонные столбовые опоры 5 - подводящий трубопровод- реактивный ороситель; 7 - отводящие лотки Основные виды серийно выпускаемых плоскостных загрузочных материалов представлены в таблице 4.1. 4.3 Технологические схемы работы биофильтров В классической схеме на биофильтрах процесс очистки сточных вод осуществляется в проточном режиме с периодическим или непрерывным орошением поверхности загрузочного материала и включает сооружения биофильтрации и вторичного отстаивания, оборудование и коммуникации для подачи и распределения сточной воды, отведения и рециркуляции очищенной воды, вентиляции биофильтров. По технологической схеме работы биофильтры могут быть одно- и двухступенчатыми, при этом режим работы назначается как с рециркуляцией, таки без нее. Биофильтры применяются в качестве сооружений первой или второй ступеней биологической очистки в комплексе с другими био- окислителями. Таблица 12.1 58 Таблица 14.1- Плоскостные загрузочные материалы Загрузка Страна изготовитель Плотность, кг/м 3 Порис тость, % Удельная поверхность, м 2 /м 3 Масса, кг/м 2 Материал Полигрид США 80 95 45 1,77 Полистирол Доупак США 60 94 82 0,73 Саран Сэфпак США 48-64 94 90-187 0,17-0,78 Полистирол Клоизо- нил 1,11 Франция 70-80 94-95 180-220 0,36-0,39 ПВХ Корозил США 43-68 95-97 122 0,45 ПВХ Пласдек Швеция 28-70 95-98 100-230 0,19-0,30 ПВХ Фловик А,В,С Велико- брит. 38-76 95-97 86-160 0,44-0,48 ПВХ Гидропак Германия 31-67 94-98 200 0,16-0,4 ПВХ Зульцер Швейцария 140 90 450 0,31 ПВХ Биопак - 75 93 124 0,60 Полистирол НСВ - 41 96 73 0,56 Полистирол Сложная волна Россия 40 96 80 0,50 Полиэтилен Флокор Е,М,Р Велико- брит. 39-70 96 90-330 0,21-0,43 ПВХ Эваллпо- рит Германия 50 94 160 0,31 ПВХ Кларпак ВР-Т Польша 28 98 135 0,21 ПВХ ЗОЗП РФ 60 95 120 0,5 Полиэтилен Трак РФ 20 97 140 0,14 ПВХ Тракпор РФ 48 94 187 0,25 ПВХ Допускается применение биологических фильтров с плоскостной загрузкой без первичного отстаивания водно- и двухступенчатых технологических схемах очистки сточных вод. На рисунке а приведена классическая схема очистки сточных вод при концентрации органических загрязнений по БПК ПОЛН < 300 мг/л. По этой схеме сточная вода, после первичного отстаивания поступает на биофильтр и далее биологически очищенная вода осветляется во вторичном отстойнике. 59 Рисунок 4.4 - Технологические схемы работы биофильтров а - одноступенчатая б - одноступенчатая с рециркуляцией в - двухступенчатая г - двухступенчатая с рециркуляцией д - двухступенчатая с биофильтрами с объёмной загрузкой на первой ступени и аэротенками на второй е - двухступенчатая с биофильтрами с плокостной загрузкой на первой ступени и аэро- тенками на второй ж - тоже, но без первичного отстаивания перед биофильтрами с плоскостной загрузкой з - тоже, но без вторичного отстаивания перед аэротенком; 7 - осветленные сточные воды после сооружений механической очистки 2 - биологически очищенные сточные воды 3 - избыточная биопленка; 4 - подача сточных вод на рециркуляцию 5 - рециркуляционный активный ил Б - биофильтр Б - биофильтр первой ступени Б - биофильтр второй ступени БОЗ - биофильтр с объёмной загрузкой БПЗ - биофильтр с плоскостной загрузкой АЭР - аэротенк; ПО - первичный отстойник ВО - вторичный отстойник ТО - третичный отстойник П - песколовки 60 Если концентрация загрязнений по БПК ПОЛН > 300 мг/л применяется технологическая схема представленная на рисунке б. По этой схеме часть биологически очищенной сточной воды отбирается после вторичного отстойника и подаётся перед биофильтрами и тем самым достигается требуемое разбавление воды, поступающей на биологическую очистку. Применение схемы с рециркуляцией сточной воды повышает эффективность работы очистных сооружений по БПК и позволяет снизить концентрацию аммонийного азота. Для очистки сточных вод с высокой концентрацией органических загрязнений по БПК, содержащих трудно окисляемые загрязнения, следует применять двухступенчатые технологические схемы (рисунок 4.4, в, г, д. При этом на первой ступени используются биофильтры, а на второй - другие виды биологических окислителей, например аэротенки. В последние годы в практике очистки сточных вод находят применение одно- и двухступенчатые схемы биологической очистки с использованием на первой ступени биофильтров с плоскостной загрузкой, на которые сточная вода поступает непосредственно после песколовок без первичного отстаивания (рисунок 4.4, ж. 4.4 Системы распределения сточных вод по поверхности биофильтров Надежная работа биофильтра достигается только при равномерном орошении водой его поверхности. Орошение производится распределительными устройствами, которые подразделяются на две основные группы неподвижные и подвижные. К неподвижным распределителям относятся дырчатые желобы или трубы и разбрызгиватели (спринклеры, к подвижным - качающиеся желобы, движущиеся наливные колеса и вращающиеся реактивные распределители (оросители). В практике наибольшее распространение получили спринклерное орошение и орошение с помощью подвижных оро- сителей. |