Типы аэротенков. Особенности использования типов аэротенков.. типы аэротенков. Типы аэротенков. Особенности использования типов аэротенков
 Скачать 381.12 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Самарский государственный технический университет» Факультет инженерных систем и природоохранного строительства Кафедра водоснабжение и водоотведение Реферат на тему: «Типы аэротенков. Особенности использования типов аэротенков.» Выполнил студент гр. М.С.-10/01 А.Н.Орлов Профессор, доктор наук С.В.Степанов г. Самара 2021г. Оглавление Введение……………………………………………………………………….3 1. Основы биологической очистки сточных вод…………………………….4 2. Аэротенки……………………………………………………………………5 2.1. Принципы очистки сточных вод в аэротенках……………………….5 2.2. Технологические схемы очистки сточных вод в аэротенках………..7 2.3. Классификация аэротенков по гидравлической схеме работы и нагрузке…………………………………………………………………….9 Список литературы…………………………………………………………….12 Введение История применения биологической очистки началась со строительством в XIX веке первых полей фильтрации, на которых сточная вода очищалась путем фильтрования через слой почвы в естественном состоянии. Это позволило, в частности, использовать стоки в сельском хозяйстве. Более совершенные устройства – биофильтры, разработанные по принципу полей фильтрации, однако лишенные присущих им недостатков (например, огромные занимаемые площади, прекращение работ в зимний период и др.), появились в Англии в 1893 г., а в России спустя 15 лет. Примерно в 1914 г. появился метод очистки сточных вод с помощью активного ила в аэротенках, который применяется и сейчас как стандартный для глубокой очистки. В нашей стране эра развития биологической очистки сточных вод в искусственно созданных условиях была открыта в 1922 г. после докладов «Очистка сточных вод посредством активного ила» и «Обзор работы лаборатории Управления канализации Москвы за время с 1914 по 1922 г.», сделанных на двенадцатом Всероссийском водопроводном м санитарно- техническом съезде. Первая в России станция аэрофильтрации (Кожуховская) общей производительностью 37 тысяч м3/сут была введена в эксплуатацию в Москве в 1929 – 1933 гг. На станции была удачно и оригинально скомбинирована очистка стоков на аэротенках, биофильтрах и биологических прудах. На сегодняшний день во всем мире биологическая очистка является основным методом удаления из городских сточных вод большей части органических и бактериальных загрязнений. На основе биологического метода разработаны сотни разнообразных устройств и сооружений, в которых этот метод используется как отдельно, так и вкупе с механическими или физико-химическими способами очистки. 1. Основы биологической очистки сточных вод Процесс биологической очистки основан на способности микроорганизмов использовать растворенные органические вещества сточных вод для питания в процессе жизнедеятельности. Часть органических веществ превращается в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы, часть идет на образование биомассы. Сооружения биологической очистки можно условно разделить на два вида: - с очисткой в условиях, близких к естественным; - с очисткой в искусственно созданных условиях. К первому виду относятся поля фильтрации и орошения (земельные участки, в которых очистка происходит за счет фильтрации через слой грунта), а также биологические пруды (неглубокие водоемы, в которых происходит очистка, основанная на самоочищении водоемов). Второй вид составляют такие сооружения, как биофильтры и аэротенки. Биофильтр – резервуар с фильтрующим материалом, поверхность которого покрыта биологической пленкой (колония микроорганизмов, способных сорбировать и окислять органические вещества из сточных вод). Аэротенк – резервуар, в котором очищаемые стоки смешиваются с активным илом (биоценоз микроорганизмов, также способных поглощать органику из стоков). Искусственно культивируемые микроорганизмы освобождают воду от загрязнений, а метаболизм этих загрязнений в клетках микроорганизмов обеспечивает их энергетические потребности, прирост биомассы и восстановление распавшихся веществ клетки. Биологическая очистка является основным методом обработки городских сточных вод. Биологическим путем могут обрабатываться очень многие сложные и разнообразные органические вещества. Переработке подвергаются также некоторые неокисленные неорганические соединения – сероводород, аммиак, нитриты и т.п. Существуют аэробные и анаэробные методы биологической очистки сточных вод. При аэробной очистки микроорганизмы культивируются в активном иле и биопленке. 2. Аэротенки 2.1. Принципы очистки сточных вод в аэротенках Процесс биологической очистки загрязняющих веществ в аэротенках происходит при непосредственном контакте сточных вод с оптимальным количеством организмов активного ила в присутствии соответствующего количества растворенного кислорода (в течение необходимого периода времени) с последующим отделением активного ила от очищенной воды во вторичных отстойниках. Активный ил – искусственно выращиваемый биоценоз при аэрации антропогенно загрязненных вод, населенный гелепродуцирующими бактериями гетеротрофами, хемотрофами, простейшими и многоклеточными животными, которые трансформируют загрязняющие вещества и очищают сточные воды в результате биосорбции, биохимического окисления, выедания бактерий и простейших. Основные параметры процесса биологической очистки должны быть взаимоувязаны, а именно: объем аэротенков, количество и окисляемость загрязняющих веществ в сточных водах, время контакта сточных вод с активным илом. Кроме того, седиментационные свойства активного ила, которые определяются всеми перечисленными параметрами, должны соответствовать технологическим возможностям применяемых вторичных отстойников – удовлетворительно отделять очищенные сточные воды от ила (за установленное время нахождения в них). Механизм изъятия органических веществ из сточной воды и их потребление микроорганизмами схематично может быть представлен тремя этапами: 1 этап – массопередача органического вещества из жидкости к поверхности клетки. Скорость протекания этого процесса определяется законами молекулярной и конвективной диффузии веществ и зависит от гидродинамических условий в аэротенке. Оптимальные условия для подведения загрязнений и кислорода создаются посредством эффективного и постоянного перемешивания содержимого аэротенка. Первый этап протекает быстрее последующего процесса биохимического окисления загрязнений. 2 этап – диффузия через полупроницаемые мембраны в клетке или самого вещества или продуктов распада этого вещества. Большая часть вещества попадает внутрь клеток при помощи специфического белка-переносчика, который образует комплекс, диффундирующий через мембрану. Затем комплекс распадается и белок-переносчик возвращается в новый цикл переноса. 3 этап – метаболизм органического вещества с выделением энергии и образованием нового клеточного вещества. Превращение органических соединений носит ферментативный характер. Конечными продуктами распада являются такие вещества, как нитраты, сульфаты, двуокись углерода, вода. Определяющими процессами для технологического оформления очистки воды являются скорости изъятия загрязнений и скорость разложения этих загрязнений. Активный ил в контакте с загрязненной жидкостью в условиях аэрации проходит следующие фазы развития (см. рис. 2.1): 1. Лаг-фазу I, или фазу адаптации ила к составу сточной воды. Прироста биомассы практически не происходит. 2  . Фазу экспоненциального роста (фазу ускоренного роста) II, в которой избыток питательных веществ и отсутствие продуктов обмена способствуют максимальной скорости размножения клеток.3.Фазу замедленного роста III, в которой скорость роста биомассы начинает сдерживаться недостатком питания и накоплением продуктов метаболизма. 4. Фазу нулевого роста IV, в которой наблюдается практически стационарное состояние в количестве биомассы. 5. Фазу эндогенного дыхания (или фазу самоокисления) V, в которой из-за недостатка питания начинаются отмирание и распад клеток, ведущие к снижению общего количества биомассы. В фазах II и III идет бурный рост биомассы и культура «омолаживается», в ней преобладают новые клетки, в фазе IV наблюдается равновесие между ростом живых и распадом отмерших клеток, а в фазе V наблюдается преобладание отмирания клеток над их ростом. 2.2. Технологические схемы очистки сточных вод в аэротенках Одноступенчатая схема без регенерации (рис. 2.2) П  о этой схеме активный ил подается сосредоточенно вместе со сточной водой на вход в аэротенк. Получаемая иловая смесь в условиях аэрации протекает к выходу из аэротенка и далее на вторичный отстойник, где происходит ее разделение на очищенную воду и активный ил. Активный ил далее разделяется на избыточный и циркуляционный, последний возвращается в аэротенк.Особенностью этой схемы является, во-первых, снижение нагрузки на активный ил по длине аэротенка; во-вторых, снижение потребности активного ила в кислороде по длине; в-третьих, по гидравлическому режиму аэротенк является вытеснителем. Модификацией этой схемы является применение переменной подачи воздуха по длине аэротенка, которая соответствует кривой снижения БПК по длине. Другая модификация заключается в применении продольного секционирования объема аэротенка перегородками. Одноступенчатая схема очистки сточных вод в аэротенках имеет ряд существенных недостатков. В таких аэротенках нельзя интенсифицировать процесс очистки стоков путем увеличения массы активного ила. Существенным недостатком этой технологической схемы является и то, что при залповом поступлении сточных вод, содержащих токсичные примеси, может происходить резкое нарушение жизнедеятельности микронаселения активного ила или даже его гибель. В обоих случаях нормальная работа аэротенка нарушается на длительное время. Одноступенчатая схема с регенерацией активного ила (рис. 2.3) В этой схеме реализовано раздельное протекание двух этапов биологической очистки: поглощение загрязнений активным илом из сточной воды, которое происходит непосредственно в аэротенке, и окисление этих з  агрязнений, которое протекает в регенераторе. Регенератор – это аэрационное сооружение, в котором активный ил аэрируется без сточной жидкости. В аэротенке сточная вода аэрируется примерно 1,5÷2,5 ч, в регенераторе – в несколько раз больше. Для городских сточных вод эта схема оказалась весьма рациональной, поскольку скорость очистки сточной воды в 2÷5 раз превышает скорость окисления.При наличии аэротенка с регенератором смесь воды с илом аэрируют в течение времени, достаточного для достижения требуемого эффекта по БПК, а затем ил после отделения его в отстойнике перекачивают в регенератор, где процессы окисления заканчиваются и ил приобретает первоначальные свойства. Введение регенератора для обработки городских сточных вод рекомендуется применять при БПКполн поступающей воды 150 мг/л и более. Для производственных сточных вод целесообразность введения регенераторов должна быть подтверждена экспериментально. Д  вухступенчатая схема без регенерации (рис. 2.4)Такая схема целесообразна при высокой концентрации органических веществ в сточной воде, а также при наличии в ней веществ, скорость окисления которых резко отличается. В аэротенках каждой ступени постепенно развивается ил со специфическим биоценозом, наиболее приспособленный к существованию в данных условиях и обеспечивающий высокий эффект работы сооружений. Поэтому общий объем очищаемой воды уменьшается по сравнению с объемом обычных аэротенков. Разновидностями такой схемы является схема с регенераторами на каждой ступени, а также схема с перекрестной подачей циркуляционного активного ила (ил с I ступени подается на аэротенк II ступени, а ил со II ступени направляется в аэротенк I ступени). Двухступенчатая схема очистки нашла применение при обработке сточных вод нефтехимических производств. В составе стоков имеются трудно окисляемые углеводороды, которые практически совсем не утилизируются микроорганизмами, если процесс ведется в одноступенчатом аэротенке. Активный ил усваивает лишь легко окисляемые вещества, в связи с чем общий эффект очистки стоков недостаточен. Если же процесс провести в две ступени, то во II ступени ил адаптируется к использованию трудноокисляемых углеводородов, а окончательный эффект очистки может быть доведен до очень высокой степени. 2.3. Классификация аэротенков по гидравлической схеме работы и нагрузке П  о гидравлической схеме работы аэротенки делятся на следующие типы (см.рис.2.5):аэротенки-вытеснители (схема I) – сооружения с сосредоточенным впуском воды и активного ила в них и со снижающейся нагрузкой на активный ил вдоль сооружения. К вытеснителям относятся одно-, двух- и т.д. коридорные аэротенки, в которых коридоры отделены друг от друга продольными направляющими перегородками, не доходящими до одной из торцевых стен. В торцах аэротенка расположены каналы для впуска и отведения сточных вод. В зависимости от геометрических размеров в этих аэротенках в той или иной степени выполняется условие полного вытеснения потока сточных вод. Особенностью процесса, протекающего в аэротенках-вытеснителях, является изменение концентрации загрязняющих веществ в сточных водах и скорости очистки по длине аэротенка. Окислительный процесс в аэротенках-вытеснителях происходит неравномерно: в начале аэротенка – быстрее, а по мере приближения к концу и уменьшения количества субстрата – медленнее. Аэротенки-вытеснители предпочтительны при очистке сточных вод сложного состава, содержащих значительную долю промышленных сбросов. Такой вид аэротенка позволяет обеспечить высокое качество очистки, однако он чувствителен к резким колебаниям расхода и состава стоков; аэротенки-смесители (схема II) с подводом воды и активного ила равномерно вдоль одной из длинных сторон аэротенка. В аэротенках-смесителях обеспечивается полное и быстрое смешение сточных вод с массой активного ила, в установившемся режиме они работают с равномерными скоростями процесса очистки. По всему объему аэротенка наблюдается одинаковая нагрузка на активный ил. Достоинством аэротенка-смесителя является сглаживание залповых нагрузок на активный ил. Предпочтительное использование аэротенков-смесителей при очистке высококонцентрированных промышленных сточных вод, сходных по составу с бытовыми (пищевые комбинаты, пивные заводы, рыбные заводы), а также при неравномерном притоке и часто возникающих залповых перегрузках было обосновано профессором Н.А.Базякиной в 1948 году. Однако, при использовании смесителей существует угроза развития вспухания активного ила, во всяком случае, они более подвержены ему, чем другие конструкции аэротенков по причине высоких нагрузок на активный ил по всему объему сооружений; аэротенки с рассредоточенным вдоль сооружения впуском сточной воды и с впуском активного ила в начало коридора (схема III). Этот вид занимает промежуточное положение между двумя предыдущими. Нагрузка на активный ил меняется циклически по длине сооружения. Аэротенки-вытеснители без регенераторов рекомендуется применять для очистки городских и близких к ним по составу производственных сточных вод с БПКполн не более 150 мг/л, при БПКполн до 300 мг/л – аэротенки-вытеснители с регенераторами. Аэротенки-смесители целесообразно применять для очистки производственных сточных вод при относительно небольших колебаниях их состава и присутствии в воде преимущественно органических веществ. При значительных колебаниях состава и расхода производственных стоков необходимо использовать аэротенки-смесители с регенераторами. Аэротенк с рассредоточенной подачей сточной воды применяют для очистки смесей бытовых и производственных сточных вод. По нагрузке на активный ил все аэротенки делятся на 3 типа: высоконагружаемые, в которых нагрузка составляет свыше 500 мг/(г∙сут). Биологические процессы в этих аэротенках занимают II и III фазу (см.рис. 2.1); классической (обычной) аэрации, в которых нагрузки составляют свыше 150 мг/(г∙сут). Аэрация охватывает III фазу; продленной аэрации (полного окисления). Нагрузка на активный ил составляет 65÷150 мг/(г∙сут). Процесс очистки охватывает III и IV фазы. В сооружениях, называемых аэробными стабилизаторами, которые устроены по типу аэротенков, избыточный активный ил подвергается самоокислению при недостатке питательных веществ (V фаза). Достигаемой в этом случае целью является уменьшение количества ила и подготовка его к дальнейшей обработке. Список литературы Гудков А.Г. Биологическая очистка городских сточных вод: Учебное опсобие. – Вологда: ВоГТУ, 2002. – 127 с. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод / Учебник для вузов. – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006. – 704 с. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. – М.: Издательство «АКВАРОС», 2003. – 512 с. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Жуков А.И., Колобанов С.К. Канализация. Учебник для вузов. Изд. 5-е, перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1975. – 632 с. |