Водоотведение и очистка сточных вод
 Скачать 2.75 Mb.
|
|
Спринклерное орошение Спринклерная система состоит из дозирующего бака, разводящей сети и спринклеров. Дозирующий бак автоматически подает воду в спринклерную сеть под постоянным напором. Продолжительность опорожнения бака (период орошения, зависящая в основном от вместимости бака и размеров выпускной трубы, всегда одинакова. Продолжительность наполнения бака зависит от притока сточных вод, который колеблется в течение суток. Поэтому орошение биофильтра производится периодически, через неравные по продолжительности интервалы. Во избежание сильного охлаждения не обогреваемых биофильтров интервал между орошением не должен превышать 5-8 мин. Спринклеры - специальные насадки, надетые на концы стояков, которые ответвляются от водораспределительных труб, уложенных на поверхности или в теле биофильтра. Отверстия спринклерных головок обычно 19, 22 и 25 мм. Во избежание коррозии спринклеры изготовляют из бронзы или латуни Расчет водораспределительной системы сводится к определению расхода воды из каждого разбрызгивателя, определению необходимого их числа, диаметра разводящей сети, вместимости и времени работы дозирующего бака. Расчеты ведутся по максимальным расходам, поступающим в каждую секцию биофильтра начальный свободный напору разбрызгивателей принимается около 1,5 м, конечный - не менее 0,5 м диаметр отверстий разбрызгивателей мм период орошения при максимальном расходе - 5-6 мин. Разбрызгиватели располагают так, чтобы площадь, орошаемая одним из них, частично перекрывала площади, орошаемые соседними разбрызгивателями. При расположении разбрызгивателей рядами орошаемая площадь составит 78,5% общей площади, а при расположении их в шахматном порядке- около 90% общей площади. Один из типовых насадков, применяемый в отечественной практике, показан на рисунке 4.5. Трубы распределительной сети укладывают или на специальные столбы, или прямо на фильтрующую загрузку на глубине 0,5-0,7 мот поверхности биофильтра. В конце каждой трубы целесообразно иметь пробку, через которую можно было бы промыть трубопровод чистой водой. Спринк- лерные головки устанавливают обычно нам выше поверхности загрузки биофильтра. Рисунок 4.5 - Спринклерная головка 1 - корпус 2 - отражательный зонтик Водоструйная система орошения. Водоструйная система орошения состоит из магистрального трубопровода или лотка разводящей сети или лотков насадочных элементов цилиндрического, конического или конои- дального типа с отверстиями диаметром 15-32 мм, расположенными на днище разводящих труби лотков водоотбойных круглых в плане розеток, имеющих плоскую или вогнутую сферическую форму с гладкими или фигурными кромками. Водоотбойные розетки располагаются над поверхностью загрузочного материала или непосредственно на его поверхности в первом случае они подвешиваются к разводящим трубопроводам или лоткам, а во втором - закрепляются на поверхности загрузки. Разводящая сеть располагается над поверхностью загрузочного материала на высоте 0,5-1 м. Сточная вода из магистрального водовода поступает в разводящую сеть и через насадочные элементы изливается в виде струй на водоотбойные розетки. Ударяясь о розетку, струя воды разбивается на мелкие брызги, равномерно орошая поверхность загрузочного материала биофильтра. Расчет водоструйной системы сводится к определению размеров разводящей сети, а также числа и диаметра отверстий насадочных элементов. Реактивные вращающиеся водораспределители (оросители). Вращающийся ороситель состоит из двух, четырех или шести дырчатых труб, консольно закрепленных на общем стояке. Вода из распределительной камеры под напором поступает в стояк. Стояк может вращаться вокруг своей вертикальной оси. Из стояка вода поступает в радиально расположенные трубы и через отверстия в них выливается на поверхность биофильтра. Под действием реактивной силы, возникающей при истечении воды из отверстий, распределитель вращается. Такие реактивные оросители получили широкое распространение в отечественной и зарубежной практике. Для приведения в действие реактивного оросителя необходим сравнительно небольшой напор (0,2 - м. Кроме того, при реактивных оросителях отпадает необходимость в устройстве дозаторов. Диаметр отверстий в радиально расположенных трубах принимается равным 10-15 мм, расстояние между отверстиями увеличивается от периферии к центру, что обеспечивает более равномерное орошение биофильтра. Расчет реактивного оросителя состоит в определении его размеров, числа распределительных труб, числа отверстий на распределительных трубах, расстояний между отверстиями, числа оборотов оросителя и напора воды, обеспечивающего необходимые скорости истечения воды из отверстий оросителя. Распределительные трубы реактивного оросителя располагаются нам выше поверхности загрузочного материала. 4.5 Системы вентиляции биофильтров В зависимости от типа и конструкции биофильтров различают два типа вентиляции биофильтров естественную и искусственную. Искусственная вентиляция используется в высоконагружаемых биофильтрах. Для других типов биофильтров искусственная аэрация применяется только для обеспечения необходимого воздухообмена внутри помещения, в котором размещается биофильтр, или поддержания требуемой температуры. Для вентиляции высоконагружаемых биофильтров применяются вентиляторы низкого давления типа ЭВР или ЦЧ, обеспечивающие напор от 8 до 100 мм. Подбор вентилятора осуществляется на основании расчёта биофильтра при определении количества воздуха, определяемого по формуле В общ = В уд Q, 63 Q - среднесуточный расход сточной воды, м 3 /сут; В уд - удельный расход воздуха. Перерывы ворошении аэрофильтров при сохранении продувки воздухом могут сопровождаться повышением температуры в теле фильтра до Си появлением неприятного запаха, связанного с разложением отмирающей биопленки. Биофильтр в основном обогревается сточной водой, поэтому при понижении ее температуры ниже С целесообразно присоединять к водоотво- дящей сети трубопроводы условно-чистых тёплых конденсационных вод. В связи с большой пористостью плоскостного загрузочного материала, возможно переохлаждение очищаемой сточной жидкости в зимний период в биофильтрах, установленных на открытом воздухе. Для поддержания аэробного режима работы биофильтра, достаточно поступления воздуха в количестве м 3 /ч нам площади поверхности биофильтра, что достигается при установке в вентиляционных окнах биофильтра регулируемых жалюзийных решеток, экранов из сетчатых или тканых материалов. Для предупреждения переохлаждения биофильтров в зимний период необходимо установить противоветровую защиту соорудить над биофильтром купольное перекрытие снизить коэффициент неравномерности притока сточных вод. Величина слоя биоплёнки оказывает влияние на условия равновесия вне биофильтра и внутри его при диффузионных потоках кислорода и углекислого газа. Поэтому при достаточно большом слое биоплёнки может наступить момент, когда потребление кислорода биопленкой прекратится. В этом случаев теле биофильтров могут начаться процессы гниения, опасность такого явления в наибольшей степени возникает в капельных биофильтрах. 4.6 Расчет и проектирование биофильтров Капельные биофильтры в зависимости от расхода сточных води среднегодовой температуры воздуха размещают в неотапливаемых или отапливаемых помещениях, допустимое значение БПК ПОЛН сточных вод, подаваемых на биофильтр, составляет 220 мг/л; гидравлическая нагрузка - 1-3 м 3 /(м 2 сут). Расчет капельных биофильтров производится в такой последовательности) определяется коэффициент К К = е /L ех , е , L ех - БПК полн сточных вод, соответственно, поступающих и очищенных) по среднезимней температуре сточной воды Т и значению К по таблице определяются высота биофильтра Ни гидравлическая нагрузка q. Если полученное значение К превышает значения, приведенные в таблице 4.2 64 то необходимо вводить рециркуляцию и расчет производить по методике расчета высоконагружаемых биофильтров с рециркуляцией Таблица 4.2 - Параметры для расчета капельных биофильтров Гидравлическая Значения К при температуре сточной воды Т,°С нагрузка, q, М 3 /(м 2 сут) 8 10 12 14 1 8,0/11,6 9,8/12,6 10,7/13,8 11,4/15,1 1,5 5,9/10,2 7,0/10,9 8,2/11,7 10,0/12,8 2 4,9/8,2 5,7/10,0 6,6/10,7 8,0/11,5 2,5 4,3/6,9 4,9/8,3 5,6/10,1 6,7/10,7 3 3,8/6,0 4,4/7,1 5,0/8,6 5,9/10,2 Примечание. Перед чертой даны значения К для высоты биофильтрам за чертой - Нм) по среднезимней температуре сточной воды Т и найденному значению К определяют высоту биофильтра H, гидравлическую нагрузку q и расход воздуха В уд по таблице 4.3; для очистки без рециркуляции значения Ни В уд следует принимать по ближайшему большему значению К, для очистки с рециркуляцией - по меньшему значению К. Таблица Параметры для расчета высоконагружаемых биофильтров Высота Значение К при среднезимней температуре сточной воды Т, С био 8 10 12 14 фильт- и гидравлической нагрузке q, м 3 /(м 2 -сут) рам При В уд = 8 м нам воды 2 3,02 2,32 3,38 2,5 3,76 2,74 4,3 3,02 3 5,25 3,53 6,2 3,96 7,32 4,64 8,95 5,25 4 9,05 5,37 10,4 6,25 11,2 7,54 12,1 9,05 При В У д = 10 м нам воды 2 3,69 2,89 4,08 3,11 4,5 3,36 5,09 3,67 3 6,1 4,24 7,08 4,74 8,23 5,31 9,9 6,04 4 10,1 6,23 12,3 7,18 15,1 8,45 16,4 10 При В уд = 12 м нам воды 2 4,32 3,38 4,76 3,72 5,31 3,98 5,97 4,31 3 7,25 5,01 8,35 5,55 9,9 6,35 11,7 7,2 4 12 7,35 14,8 8,5 18,4 10,4 23,1 12 3) по расходу очищаемых сточных вод Q, м 3 /сут, и гидравлической нагрузке (м 3 /м 2 сут) определяется общая площадь биофильтров S, м S = Q/q. Биофильтры устраивают в виде отдельных секций. Число и размеры секций зависят от способов распределения сточной воды по поверхности и 65 условий их эксплуатации. Число секций должно быть не менее 2 и не более 6-8, все секции должны быть рабочими. Расчёт высоконагружаемых биофильтров. Высоконагружаемые биофильтры, размещаются на открытом воздухе, высоту биофильтра назначают в зависимости от БПК полн очищенной сточной воды, а гидравлическую нагрузку- в пределах 10-30 м 3 /м 2 сут. Допустимое значение БПК поступающих на биофильтр сточных вод - 300 мг/л. Расчет высоконагружаемых биофильтров производится в такой последовательности) определяется коэффициент К При очистке сточных вод с рециркуляцией определяют допустимую БПК полн смеси поступающей и рециркуляционной сточной воды, подаваемой на биофильтр, L mix , мг/л, коэффициент рециркуляции К гс и площадь биофильтров К =(L en – L mix )/(L mix – L ex ) S = Q (K rc +1) / q Расчёт биофильтров с плоскостной загрузкой. Биофильтры с плоскостной загрузкой, как правило, размещают в закрытом помещении, высоту биофильтра назначают в зависимости от требуемой степени очистки. Допустимое значение БПК ПОЛН поступающих сточных вод при полной биологической очистке 250 мг/л; при неполной очистке - не ограничивается. Гидравлическая нагрузка зависит от необходимой степени очистки и количества органических загрязнений в поступающей сточной воде. Расчет биофильтров с плоскостной загрузкой ведется по БПК в такой последовательности 1) в зависимости от требуемого значения БПК 5 очищенных вод L ех , мг/л, (таблица 11.3) определяется критериальный комплекс η = P H R T /F, F = L en q n / S уд = M/S уд , q - гидравлическая нагрузкам (м 3 /сут); S уд - площадь удельной поверхности загрузочного материалам м М - нагрузка по БПК нам объема биофильтра, г/(м 3 сут), 2) по заданной среднезимней температуре сточных вод Т подсчитывается К т , глубина слоя загрузки Н назначается в зависимости от требуемой степени очистки, ноне менее 3 - 4 м. Величина Р определяется с учетом конструктивных размеров плоскостной загрузки F. F = РНК Т, 66 3) по заданной величине е иуд находится допустимая гидравлическая нагрузкам /(м 3 сут) q n = F Sуд /L en , 4) по заданному суточному расходу Q м 3 /сут, и подсчитанной величине q n определяется объем загрузочного материала биофильтра, а затем число биофильтров и их конструктивные размеры. Для расчета биофильтров с плоскостной загрузкой составлены таблицы 4.4 и 4.5 (для блоков с пористостью 93-96 %); S уд = 90-110 мм е = 200- 250 мг/л). Таблица - Допустимая гидравлическая нагрузка на биофильтры с плоскостной загрузкой Необходимый эффект очистки, % Гидравлическая нагрузкам (м • загрузки, м сут, при высоте слоя 3 4 и среднезимней температуре сточной воды, С 8 10 12 14 8 10 12 14 90 6,3 6,8 7,5 8,2 8,3 9,1 10 10,9 85 8,4 9,2 10 11 11,2 12,3 13,5 14,7 80 10,2 11,2 12,3 13,3 13,7 15 16,4 17,9 Таблица 4.5 - Допустимая органическая нагрузка на биофильтр с плоскостной загрузкой БПК 5 очищен- ной воды, мг/л Нагрузка по БПК 5 гм сут, при высоте слоя загрузки, ми среднезимней температуре сточной воды, С 10-12 13-15 16-20 10-12 13-15 16-20 15 20 25 30 40 1150 1300 1550 1500 1750 2100 1350 1550 1850 1800 2100 2500 1650 1850 2200 2100 2450 2900 1850 2100 2500 2450 2850 3400 2150 2500 3000 2900 3200 4000 4.7 Конструирование биофильтров Капельные биофильтры. Проектируются круглыми или прямоугольными в плане со сплошными стенками и двойным дном. Верхнее дно представляет собой колосниковую решётку, нижнее - сплошное. Высота междон- ного пространства должна быть не менее 0,6 м. Дренаж биофильтров выполняется из железобетонных плит, половинок керамических труб, уложенных на бетонные опоры. Общая площадь отверстий для пропуска воды в дренажную систему должна составлять не менее 5-8% площади поверхности биофильтров. Во избежание заиливания лотков дренажной системы скорость 67 движения воды в них должна быть не менее 0,6 мс. Уклон нижнего днища к сборным лоткам принимается не менее 0,01; продольный уклон сборных лотков- не менее 0,005. Стенки биофильтров выполняются из сборного железобетона или кирпича и возвышаются над поверхностью загрузки нам. Природными материалами для засыпки биофильтров являются щебень, гравий и галька. Загрузка биофильтров по высоте должна быть одинаковой крупности и только для нижнего поддерживающего слоя высотой 0,2 м следует применять загрузку крупностью 70-100 мм. На рисунке 4.6 показан капельный биофильтр прямоугольной формы. Рисунок 4.6 - Капельный биофильтра- поперечный разрез б - план 1 - дозирующие баки сточной воды 2 - спринклеры 3 - загрузочный материал 4- стены биофильтра 5 - подача сточных вод в биофильтр Высоконагружаемые биофильтры. Конструктивными отличиями вы- соконагружаемых биофильтров (рисунок 4.7) являются большая высота слоя загрузки, большая крупность ее фракций и особая конструкция днища и дренажа, обеспечивающая возможность искусственной продувки материала загрузки воздухом. В закрытое междонное пространство вентилятором подается воздух. На отводных трубопроводах предусмотрены гидравлические затворы глубиной 200 мм. Особенностями эксплуатации являются необходимость орошения всей поверхности биофильтра с возможно малыми перерывами в подаче воды и поддержание повышенной нагрузки поводе нам поверхности фильтра. Высоконагружаемые биофильтры применяются как для неполной, таки для 68 полной очистки сточных вод на очистных станциях пропускной способностью до 50 тыс. м 3 /сут. Рисунок 4.7 - Высоконагружаемый биофильтр 1 - корпус 2 - загрузка, 3 - реактивный ороситель; 4 - дренажная решетка 5 - гидравлический затвор 6 - сплошное днище 7 - вентиляционная камера Биофильтры с плоскостной загрузкой Биофильтры с плоскостной загрузкой могут быть круглыми, многогранными или прямоугольными в плане со сплошными стенками и двойным дном. Эти сооружения компактны, надежны в эксплуатации, не подвержены заилению, имеют малую энергоемкость. Высота слоя загрузочного материалам, пористость 70-99%, удельная площадь поверхности 60-250 мм, плотность 10-250 кг/м. Небольшой объёмный вес загрузочного материала позволяет использовать при монтаже этих сооружений легкие строительные конструкции. Биофильтры с плоскостной загрузкой могут применяться как самостоятельные сооружения биологической очистки сточных вода также использоваться в качестве сооружений первой и других ступеней очистки в комплексе с другими биоокислителями. Возможно применение этих сооружений в технологической схеме очистки сточных вод без первичного отстаивания. Сравнительные энергогозатраты по изъятию БПК на различных сооружениях очистки представлены в таблице 4.6. Опыт проектирования и эксплуатации биологических фильтров свидетельствует о том, что их целесообразно применять в качестве биологических окислителей при расходах сточных вод 10000 - 50000 м сут. Таблица 4.6 - Удельные энергозатраты на очистку сточных вод в биофильтрах Сооружение биохимической очистки Энергозатраты КВт.ч/кг снятой БПК 5 Объемная загрузка (гравийная и др) 0,2-0,5 Тоже Плоскостная загрузка 0,003-0,2 Дисковые (погружные) 0,25-0,4 Небольшие биофильтры следует размещать в утепленных помещениях, а биофильтры большой пропускной способности в зависимости от климатических условий можно размещать на открытом воздухе или подл гкими купольными перекрытиями. В практике проектирования биофильтры с объемной загрузкой применяются либо прямоугольной формы в плане с размерами сторон, мс высотой слоя загрузки 2, 3 им, либо круглой диаметром, ми с высотой слоя загрузки 2, 3 им. Биофильтры с плоскостной загрузкой имеют проектные решения на пропускную способность м 3 /сут; биофильтры имеют круглую, прямоугольную и восьмигранную форму в плане с высотой слоя загрузки 3-6 м. 4.8 Методы интенсификации работы биофильтров Основной целью интенсификации работы биологических фильтров является повышение их пропускной способности и эффективности очистки сточных вод. Перед реконструкцией необходимо провести анализ работы всего комплекса очистных сооружений и отдельно биофильтров осуществить экспертизу технического состояния биофильтров, включая конструкционную часть, загрузочный материал, состояние системы распределения, сбора и отведения воды разработать мероприятия по реконструкции, дать их технико-экономическую оценку и выбрать оптимальный вариант. Основными методами интенсификации биофильтров являются 1. изменение технологической схемы работы всего комплекса сооружений. замена объёмной загрузки на плоскостную 3. изменение системы водораспределения сточных вод по поверхности загрузки биофильтра 4. использование многоступенчатой схемы очистки в биофильтрах 70 5. повышение ферментативной активности микроорганизмов за счёт воздействия ультразвуком. На рисунке 14.8 представлены технологические схемы реконструкции станций биофильтрациии. На схеме А вариант до реконструкции, схема Б и В соответственно одноступенчатая биологическая очистка с частичной и полной заменой объёмной загрузки на плоскостную с возможным увеличением слоя загрузочного материала. Схемы Г и Д предполагают перевод технологической схемы очистки на двухступенчатую и замену объёмной загрузки на плоскостную первой или обеих ступеней биофильтров. Рисунок 4.8 - Принципиальные схемы реконструкции станций био- фильтрации 1 - первичные отстойники 2 - вторичные отстойники 3 - третичные отстойники 4 - биофильтр с объёмной загрузкой 5 - биофильтр с плоскостной загрузкой Реконструкция капельных биофильтров Технологическая схема очистки сточных вод на капельных биофильтрах включает следующие сооружения решетки песколовки; двухъярусные отстойники капельные биофильтры, вторичные вертикальные отстойники, контактные резервуары. В отечественной практике наибольшее распространение получили капельные биофильтры прямоугольные в плане, размещенные в здании. Высота слоя загрузочного материала таких биофильтров составляет 2-3 м. Возможные варианты интенсификации работы биофильтров. Замена загрузочного материала. 1 вариант - реконструкция капельного биофильтра в высоконагружаемый. Для этого необходимо увеличить высоту слоя загрузочного материала минимум дом, установить низконапорные вентиляторы подвести воздухопроводы к окнам в междонном пространстве устроить в каналах на выходе из биофильтров гидравлические затворы для предотвращения утечки воздуха в атмосферу. 71 Пропускная способность биофильтра при этом может быть увеличена в 1,5-2,5 раза. 2 вариант - реконструкция капельного биофильтра в биофильтр с плоскостной загрузкой (рисунок 4.9). Рисунок 4.9 - Варианты реконструкции капельных биофильтров при замене объёмной загрузки на плоскостную 1 - объёмная загрузка биофильтра- дозировочные баки 3 - плоскостная загрузка При замене объёмного загрузочного материала на плоскостной необходимо учитывать, что оптимальная высота плоскостной загрузки должна быть не менее 3-4 м. На рисунке 4.9 приведены возможные варианты реконструкции капельных биофильтров с заменой загрузки на пластмассовую. Во всех случаях очистка сточных вод производится по двухступенчатой технологической схеме. При этом на первой ступени используется биофильтр с плоскостной загрузкой, а на второй ступени очистки остается капельный биофильтр. Вторая ступень биологической очистки должна обеспечить очистку сточных вод до требуемых показателей. Дополнительно для подачи сточной воды на вторую ступень очистки необходимо устройство насосной станции. Метод реконструкции сооружений без увеличения высоты слоя загрузки биофильтра с плоскостной загрузкой не обеспечивает улучшения качественных показателей очищенной воды. В результате реконструкции капельных биофильтров пропускная способность очистных сооружений увеличится враз. Изменение технологической схемы работы капельных биофильтров Движение сточной воды по очистным сооружениям после реконструкции осуществляется следующим образом после песколовок сточная вода поступает непосредственно на биофильтры с плоскостной загрузкой без первичного отстаивания. Для биофильтра с плоскостной загрузкой используется часть капельного биофильтра с увеличением слоя загрузочного материала дом После первой ступени очистки сточная вода насосами перекачивается в существующие двухъярусные отстойники и доочищается в капельных биофильтрах после отстаивания во вторичном отстойнике и после дезинфекции очищенная вода сбрасывается вводом. Реконструкция высоконагружаемых биофильтров. Для интенсификации работы высоконагружаемых биофильтров и улучшения эффективности очистки сточных вод на очистных сооружениях можно применить несколько вариантов реконструкции. Реконструкция высоконагружаемых биофильтров путём замены загрузочного материала на плоскостной. Для этого необходимо выполнить следующие работы смонтировать новую водораспределительную систему нарастить высоту стен биофильтра заменить существующие лотки на каналы большей пропускной способности переоборудовать систему подачи сточной воды на очистку заменить водоотводные лотки к вторичным отстойникам. Высота ограждающих конструкций высоконагружаемых биофильтров увеличивается дом, в качестве плоскостного загрузочного материала возможно использовать рулонный загрузочный материала из гофрированного вторичного полиэтилена. Для орошения поверхности загрузочного материала целесообразно применить оросители струйного типа. Изменение технологической схемы работы высоконагружаемых биофильтров с заменой загрузочного материала. В данном случае рассматривается только реконструкция биофильтров с изменением технологической схемы очистки сточных вод рисунок 4.10). Рисунок 4.10 - Варианты реконструкции схем очистки а - существующая схема очистки сточных вод б - с полной заменой загрузочного материала в аэрофильтрах; в - с заменой загрузочного материала водном из аэро- фильтров 1 - существующие аэрофильтры; 2 - подача неочищенной сточной воды 3 - напорный трубопровод неочищенной сточной воды 4 - трубопроводы очищенной воды после аэрофильтров; 5 - очищенная сточная вода 6 - биофильтры с пластмассовой загрузкой 7 - очищенная сточная вода натре- тичные отстойники 8 - третичные отстойники 9 - насосная станция 10 - напорный трубопровод на вторую ступень биологической очистки II- вторичный отстойник 12 - реактивные оросители; 13 - биофильтр второй ступени очистки с пластмассовой загрузкой 73 Первый вариант. Реконструкция обоих аэрофильтров путем замены гравийной загрузки на плоскостную с работой их по одноступенчатой технологической схеме. Второй вариант. Реконструкция всех биофильтров с заменой загрузочного материала и работой их по двухступенчатой технологической схеме. Третий вариант. Реконструкция одного из биофильтров с заменой загрузочного материала. В этом случае работа сооружений также будет осуществляться по двухступенчатой схеме на первой ступени работает биофильтр с плоскостной загрузкой, на второй - аэрофильтр, выполняющий дополнительную функцию биореактора глубокой очистки. Для реализации второго варианта реконструкции потребуется строительство дополнительных отстойников после биофильтров с плоскостной загрузкой и насосной станции для перекачки осветленной воды после отстойников на вторую ступень в аэрофильтр. 74 5. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД В АЭРОТЕНКАХ 5.1 Характеристики активного ила В аэрационных сооружениях микробиальная масса пребывает во взвешенном в жидкости состоянии в виде отдельных хлопьев, представляющих собой зооглейные скопления микроорганизмов, простейших и более высокоорганизованных представителей фауны (коловратки, черви, личинки насекомых, а также водных грибов и дрожжей. Этот биоценоз организмов, развивающихся в аэробных условиях на органических загрязнениях, содержащихся в сточной воде, получил название активного ила. Доминирующая роль в нем принадлежит различным группам бактерий - одноклеточным подвижным микроорганизмам с достаточно прочной внешней мембраной, способным не только извлекать из воды растворенные и взвешенные в ней органические вещества, но и самоорга- низовываться в колонии - хлопья, сравнительно легко отделимые затем от очищенной воды отстаиванием или флотацией. Размер хлопьев зависит как от вида бактерий, наличия и характера загрязнений, таки от внешних факторов - температуры среды, гидродинамических условий в аэрационном сооружении. Хлопьеобразующая способность активного ила зависит главным образом от наличия питательных веществ при слишком высоком их содержании происходят рассеивание колоний и появление нитчатых форм микроорганизмов при их недостатке, хотя нитчатые формы микроорганизмов практически отсутствуют, размеры хлопьев ила уменьшаются и ухудшаются его седиментационные свойства. Бактерии имеют такую высокую скорость воспроизводства, что в условиях избыточного питания и отсутствия внешних сдерживающих их рост факторов 1 мг бактерий за 1 сут может привести к образованию десятков тонн живой микробиальной массы. Собственно на этой способности к быстрому размножению и, следовательно, высокой скорости потребления питательных веществ и основано использование биологических методов очистки сточных вод. Роль других микроорганизмов и простейших в активном иле заключается в поддержании определенного равновесия видового и количественного состава ила, хорошо приспособленного к тем или иным условиям, господствующим в аэрационном сооружении, а также полноты протекания биохимических превращений, которым подвергаются органические соединения. Способность клетки вырабатывать многообразие ферментов объясняет ее высокую адаптируемость к различным видами концентрациям загрязнений, присутствующих в сточных водах. По современным представлениям, активный ил - это скопление микроорганизмов, в которых клетки окутаны густой паутиной растворимых или слабо- растворимых внеклеточных полимерных образований, состоящих из полисаха- ров, протеинов, рибонуклеиновых и дезоксинуклеиновых кислот (РНК, ДНК, которые содержат много "ключевых" функциональных групп (карбоксильные, гидроксильные, сульфгидрильные, ведущих себя как анионные связующие площадки. Биохимическое и биофизическое взаимодействие между хлопьями ила и загрязнениями позволяет довольно быстро извлекать из воды и нерастворен- ные загрязнения за счет сорбции их активном илом, хотя они и не успевают 75 гидролизоваться клеточным веществом. Суммарная поверхность микроорганизмов достигает 100 м наг сухого вещества ила, что объясняет огромную сорбционную способность ила и потребность в эффективном перемешивании содержимого бассейна. Однако основная масса изъятых таким образом мелкодисперсных и коллоидных загрязнений, не задержанных в первичных отстойниках, не гидролизуется и, следовательно, не окисляется активным илом, что приводит лишь к весовому увеличению массы ила в аэрационном сооружении. Определяющими для технологического и конструктивного оформления процесса биологической очистки будут являться скорости изъятия загрязнений из очищаемой воды, те. собственно процесса очистки воды и скорости биохимического разложения изымаемых загрязнений. В этой связи представляют интерес основные закономерности развития колонии микроорганизмов, вводимой в контакт с жидкостью, содержащей питательные вещества, при достаточном обеспечении ее растворенным кислородом. В этом развитии можно выделить следующие фазы (рисунок 5.1): I - лаг-фазу, или фазу адаптации, которая наблюдается сразу после введения микробиальной культуры в контакт с питательной средой ив которой практически не происходит прироста биомассы. Длительность этой фазы зависит от природы органических веществ, степени адаптированности микроорганизмов к ними от условий, в которые вносится микробиальная масса II - фазу экспоненциального роста (фазу ускоренного роста) микроорганизмов, в которой избыток питательных веществ и отсутствие продуктов обмена веществ способствуют поддержанию максимально возможной в данных условиях скорости размножения клеток, определяемой лишь биологической сущностью процесса их воспроизводства III - фазу замедленного роста, в которой скорость роста биомассы начинает сдерживаться по мере истощения питательных веществ и накопления продуктов метаболизма в культуральной среде IV - фазу нулевого роста (или прекращения роста, в которой наблюдается практически стационарное состояние в количестве биомассы, что свидетельствует о равновесии между наличием питательных веществ и накопленной биологической массой V - фазу эндогенного дыхания (или фазу самоокисления, в которой из-за недостатка питания начинаются отмирание и распад клеток, ведущие к снижению общего количества биомассы в биологическом реакторе. Отмеченным фазам роста микробиальной массы соответствует и динамика изменения концентрации питательных веществ, выраженных через БПК, и, следовательно, можно сделать следующие весьма важные для технической реализации процесса заключения при биологической очистке значительная часть загрязнений, содержащихся в сточных водах, трансформируется в биологическую массу или, иными словами, растворенные и инертные взвешенные органические вещества в результате метаболической активности микроорганизмов и сорбционной способности активного ила превращаются в биологическую массу, сравнительно легко отделимую от очищенной воды 76 Рисунок 5.1 - Зависимость прироста биомассы в аэробных условиях от концентрации питательных веществ длительность изъятия и окисления содержащихся в сточной воде органических загрязнений будет тем короче, чем дольше масса микроорганизмов будет в контакте сними приуменьшении содержания органических веществ в очищаемой жидкости ниже определенного предела жизнедеятельность микроорганизмов продолжается, но уже либо за счет накопленных питательных веществ, либо за счет их собственной массы, те. отмирания и окисления микроорганизмов со снижением общей их массы (процесс самоокисления. Микробиальная масса, подвергшаяся воздействию фазы самоокисления, будучи введена снова в контакт с питательной средой, восстанавливает свою прежнюю метаболическую активность со значительной задержкой по сравнению с биомассой, не подвергавшейся этому воздействию. Возраст микробиальной культуры оказывает существенное влияние на скорость биохимических процессов, протекающих в биологическом реакторе, и его поддержание в определенном диапазоне позволит обеспечить оптимальные условия развития биомассы для достижения поставленных технологических параметров изъятия и окисления органических загрязнений из сточных вод, поступающих в аэрационное сооружение. Необходимый возраст микробиальной культуры, ее высокая метаболическая активность и хорошая седиментационная способность достигаются поддержанием лишь необходимого количества биомассы в аэрационном сооружении за счет выведения из него ее прироста и обеспечением соответствующей длительности контакта биомассы с загрязнениями. Соотношение между количеством питания и массой микроорганизмов 77 в биологическом реакторе является важнейшей характеристикой, определяющей условия протекания в нем биохимических процессов. Применительно к аэрационным сооружениям эта характеристика получила название нагрузки загрязнений на ил. Под ней понимается количество поступающих со сточной водой загрязнений, приходящееся на единицу массы ила в единицу времени Выражается эта величина обычно в мг или г загрязнения (ХПК, БПК или любого другого загрязнения) наг сухого вещества ила в 1 ч или в 1 сут. Массу ила в аэрационном сооружении выражают через его концентрацию в иловой смеси в граммах сухого вещества ила влили в 1 мило- вой смеси. Концентрацию активного ила, поддерживаемую в эксплуатационном режиме аэрационного сооружения, называют дозой активного ила а или "рабочей дозой. Среднюю нагрузку на активный ил, например, поза- грязнениям, выраженным через БПК, можно представить как |