Системы аэробной биохимической очистки

Очистка сточных вод. Для удаления из воды растворенных органических веществ наиболее часто применяют биохимическое их окисление в природных или искусственно созданных условиях.

В первом случае для этого используются почвы, проточные и замкнутые водоемы.

Наиболее часто для удаления из воды растворенных органических веществ применяют биохимическое их окисление в искусственно созданных условиях. Для аэробного окисления органических загрязнений в сточных водах используют специально построенные для очистки сооружения: аэротенки, биофильтры и другие окислители различных модификаций.

Всю совокупность сооружений биологического окисления сточных вод делят на три группы по признаку расположения в них активной биомассы:

  • 1) когда активная биомасса находится в воде в свободном взвешенном состоянии (аэротенки, циркуляционные окислительные каналы, окситенки);
  • 2) когда активная биомасса закреплена на неподвижном материале, а сточная вода тонким слоем скользит по материалу загрузки (биофильтры);
  • 3) когда сочетаются оба варианта расположения биомассы (погружные биофильтры, биотенки, аэротенки с заполнителями).

Для биологической очистки значительного количества сточных вод применяют высокопроизводительные установки (рис. 7.2), включающие аэротенки различных видов.

Схема установки для биологической очистки сточных вод

Рис. 7.2. Схема установки для биологической очистки сточных вод:

  • 1 - первичный отстойник; 2 - предаэратор; 3 - аэротенк; 4 - регенератор;
  • 5 - вторичный отстойник

Аэротенки применяют для полной и неполной биологической очистки сточных вод. Аэротенки классифицируют по следующим основным признакам:

  • - по структуре потока — аэротенки-вытеснители, аэротенки-смесители, аэротенки с рассредоточенным впуском сточной воды и аэротенки промежуточного типа;
  • - по способу регенерации активного ила — аэротенки с отдельно стоящими регенераторами ила, аэротенки, совмещенные с регенераторами;
  • - по числу ступеней — одно-, двух- и многоступенчатые;
  • - по типу систем аэрации — с пневматической, механической, комбинированной гидродинамической или пневмомеханической.

Регенерацию активного ила предусматривают в следующих случаях:

  • - при БПКполн поступающих стоков более 150 мг/л;
  • - при наличии в стоках вредных производственных примесей.

Концентрация взвешенных веществ в них не должна превышать 150 мг/л, а допускаемая БПК зависит от типа аэротенка. Контроль за количеством органических примесей, присутствующих в сточных водах, проводят по величине БПК5.

Наиболее распространены коридорные аэротенки, работающие как вытеснители, смесители и с комбинированными режимами (рис. 7.3).

Схемы аэротенков

Рис. 7.3. Схемы аэротенков:

а — вытеснители; б — смесители; в — с рассредоточенным впуском воды; г — с неравномерно распределенной подачей жидкости типа АНР; д — с регенераторами;

е — ячеистого типа;

I — сточная вода; II — активный ил; III — иловая смесь;

1 — аэротенк; 2 — вторичный отстойник; 3 — регенератор

Аэротенки представляют собой резервуары, в которых очищаемая сточная вода и активный ил насыщаются воздухом и перемешиваются (рис. 7.4).

Типовой четырехкоридорный (I-IV) аэротенк

Рис. 7.4. Типовой четырехкоридорный (I-IV) аэротенк:

1 - воздуховоды; 2 - стояки; 3 - фильтросный канал

Для увеличения окислительной мощности аэротенка можно использовать кислород вместо воздуха. Такой способ реализуется в окситенках — герметизированных сооружениях, оборудованных системами механических перемешивающих устройств-аэраторов и циркуляции кислорода (рис. 7.5).

Схема окситенка

Рис. 7.5. Схема окситенка:

  • 1 — продувочный трубопровод; 2, 5 — задвижки с электроприводом; 3 — электродвигатель;
  • 4 — турбоаэратор; б — герметичное перекрытие;
  • 7 — трубопровод для подачи кислорода; 8 — вертикальные стержни; 9 — сборный лоток;
  • 10 — трубопровод для сброса избыточного ила; 11— резервуар;
  • 12 — окна для перепуска иловой смеси из зоны аэрации в илоотделитель;
  • 13 — цилиндрическая перегородка; 14 — скребок;
  • 15 — окна для перепуска возвратного ила в зону аэрации; 16 — зона аэрации;
  • 17 — трубопровод для подачи сточной воды в зону аэрации; 18 — илоотделитель;
  • 19 — трубопровод для выпуска очищенной воды

В окситенке по сравнению с аэротенком имеется возможность повысить концентрацию ила в связи с увеличенным массообменом кислорода между газовой и жидкой фазами.

Окситенки предназначены для полной и неполной биологической очистки сточных вод и могут быть использованы как самостоятельные сооружения или в двухступенчатой схеме биологической очистки в сочетании с аэротенками.

Расчет аэротенков. Расчет аэротенков включает определение вместимости сооружения, объема требуемого воздуха и количества избыточного активного ила.

В расчетах всех типов аэротенков основными соотношениями являются уравнения балансов содержания органических веществ и кислорода в воде. При концентрации растворенного кислорода более 2 мг/л скорость превращения органических веществ не зависит от концентрации кислорода, а зависит от скорости потребления кислорода.

Продолжительность аэрации та (в ч) в аэротенках вычисляется по формуле

где Ьн и LK — БПК соответственно поступающей и очищенной сточной воды, мг/л; at — доза (концентрация) активного ила, г/л; 5 — зольность ила, принимаемая по таблице (для городских сточных вод s = 0,3); р — удельная скорость окисления загрязнений.

Доза активного ила at зависит от «илового индекса». Чем меньше «иловый индекс», тем большую дозу активного ила необходимо подавать на очистные сооружения. Для очистки следует применять свежий активный ил, который хорошо оседает и более устойчив к колебаниям температуры и pH среды.

При расчете аэротенков с регенерацией доза ила д, принимается равной дозе ила в регенераторе Яр 5 г/л:

где R; — степень рециркуляции активного ила, определяемая по формуле:

где - доза ила в аэротенке, г/л; Jt - иловый индекс, см3/г.

При проектировании аэротенков с регенераторами рассчитывают продолжительность окисления органических загрязнений т0 (в ч):

При расчете аэротенков с регенерацией активного ила та определяется с учетом разбавления циркулирующим расходом, ат0- без учета разбавления.

При подсчете та для аэротенков БПКп0Лн поступающей сточной воды определяется с учетом разбавления рециркуляционным расходом:

Период регенерации тр (в ч):

Вместимость аэротенков определяется по поступлению сточных вод в часы максимального притока. Объемы аэротенка Va и регенератора Fp, м3, определяются следующим образом:

где Qw — расчетный расход сточных вод, м3/ч.

Интенсивность аэрации Ja, м3/(м2 ч), определяется по формуле:

где qa - удельный расход воздуха, м33; На = 3...6 м — рабочая глубина аэротенка.

В случае закрепления активной биомассы на неподвижном материале (загрузке) для очистки сточных вод используют биологические фильтры.

Биологический фильтр — сооружение, в котором сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой. Биофильтр состоит из фильтрующей загрузки, помещенной в резервуар, водораспределительного устройства, дренажного устройства, воздухораспределительного устройства (рис. 7.6).

Биофильтр с реактивными оросителями

Рис. 7.6. Биофильтр с реактивными оросителями:

  • 1 - подача сточных вод; 2 - распределительная камера; 3 - фильтрующая загрузка;
  • 4 - реактивный ороситель; 5 - вентиляционная камера; 6 - лотки для отвода сточных вод; 7 - дренажное устройство; 8 - гидрозатвор

В качестве загрузки биофильтра применяется шлак, щебень, керамзит, гравий, пластмасса и т. п.

Отработанная и омертвевшая пленка смывается протекающей сточной водой и выносится из загрузки биофильтра. Необходимый для биохимического процесса кислород воздуха поступает в толщу загрузки путем вентиляции фильтра.

Биофильтры могут работать на полную и неполную биологическую очистку. Допустимая БПКполн поступающих сточных вод при полной биологической очистке составляет 250 мг/л, при неполной очистке — не ограничивается. Пропускная способность биофильтра определяется площадью поверхности, занятой биопленкой, и возможностью свободного доступа кислорода воздуха к ней.

Расчет биофильтров. Технологический расчет биофильтров производится по окислительной мощности ОМ - это количество кислорода (в г БПК), какое может быть получено в сутки с 1 м3 загрузочного материала биофильтра.

Для расчета снижения БПК в биофильтрах используют уравнение

где Ьн и Ьк — БПК поступающей и очищенной сточной воды, мг/л; к - константа скорости реакции; Н - высота загрузки, м; qs - гидравлическая нагрузка, м3/(м2'сут).

Количество сточных вод, м3, которое может быть очищено 1 м3 загружаемого материала в сутки:

где ОМ - окислительная мощность биофильтра, г Ог/м3.

Необходимый объем загрузочного фильтрующего материала Уф, м3, для очистки 1 м3 сточной воды определяется по выражению

Высоту биофильтра назначают в зависимости от требуемой степени очистки.

Окисление при биологической очистке сточных вод не всегда проходит до конца, т. е. до образования СО2 и Н2О. В воде после биологической очистки могут появиться вещества, которых не было в исходной сточной воде, иногда даже менее желательные для водоема, чем первоначальные загрязнения, которые удаляются при доочистке сточных вод.

Основные задачи современной технологии обработки осадков сточных вод состоят в уменьшении их объема и в последующем превращении в безвредный продукт, не вызывающий загрязнения окружающей среды.

Аэробная стабилизация осадков сточных вод. При помощи микроорганизмов проводят стабилизацию осадков сточных вод для разрушения биологически разлагаемой части органического вещества осадков, что предотвращает загнивание осадков при длительном хранении на открытом воздухе, т. е. они стабилизируются. Наибольшее распространение получили методы биологической аэробной и анаэробной стабилизации.

Аэробная стабилизация осадков сточных вод - это сложный биохимический процесс аэрирования осадков, в результате чего происходит распад (окисление) основной части биологически разлагаемых веществ, подверженных гниению. Оставшееся после стабилизации органическое вещество осадка является стабильным, т. е. неспособным к последующему разложению (загниванию). В отличие от анаэробного сбраживания аэробная стабилизация протекает в одну стадию.

Аэробная стабилизация заключается в длительном аэрировании активного ила или его смеси с сырым осадком в стабилизаторах - сооружениях типа аэротенков-вытеснителей (рис. 7.7).

Аэробный стабилизатор

Рис. 7.7. Аэробный стабилизатор:

1 - зона аэрации; 2 - отстойная часть; 3 - уплотнитель; 4 - система аэрации;

/ - избыточный активный ил; II - фугат от центрифугирования осадка из первичного отстойника; III - фугат от центрифугирования аэробно-минерализованной смеси;

IV - отвод аэробно-минерализованной смеси

Биохимическая очистка газов. Биохимические методы газоочистки основаны на способности микроорганизмов разрушать и преобразовывать различные соединения. Поглощение и обезвреживание вредных примесей, содержащихся в воздухе, при биологической очистке осуществляется за счет жизнедеятельности микроорганизмов. Особенностью метода является использование естественных биологических процессов без применения чуждых экологической системе материалов и реагентов

Сущность биохимического метода состоит в аэробном разложении, окислении и ассимиляции микроорганизмами уловленных примесей. Разложение веществ происходит под воздействием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами под влиянием отдельных соединений или группы веществ, присутствующих в очищаемых газах.

Биологическая очистка находит применение для обезвреживания органических растворителей, содержащихся в удаляемом вентиляционном воздухе производства пластических масс, процесса нанесения лакокрасочных покрытий, типографий; для очистки отходящих газов химической и нефтяной промышленности; для очистки воздуха в табачной, парфюмерной, фармацевтической и др. отраслях; для борьбы с неприятными запахами органических веществ на мясокомбинатах и ферментных фабриках; для очистки сульфидсодержащих газов из канализационных камер.

В результате жизнедеятельности микроорганизмов происходит разложение вредных веществ, содержащихся в воздухе, и превращение их в менее опасные вещества. Например, при разложении углеводородов выделяется диоксид углерода СО2, серосодержащих веществ — сера S. При биологической очистке неорганические соединения, содержащиеся в газах (H2S, NO2, SO2), окисляются до кислот с дальнейшей нейтрализацией щелочными веществами. Скорость протекания биохимических реакций зависит от состава очищаемого воздуха, концентрации в нем аэрозольных частиц, а также от вида, количества и активности микроорганизмов.

Биологический метод очистки газовых выбросов может быть реализован в аппаратах или устройствах трех типов:

  • - в фильтрах со слоем увлажненной почвы или компоста, через который пропускается очищаемый газ при нагрузке до 100 мг/(кг ч);
  • - в биофильтрах с инертной насадкой, на поверхности которой искусственно выращивается биопленка активного ила (суспензия, содержащая 5... 10 м/гл активного ила);
  • - в аппаратах барботажного типа (скрубберах) с водной суспензией микроводорослей хлореллы или активного ила.

Содержащиеся в очищаемых газах вредные вещества улавливаются слоем насадки или абсорбентом и расщепляются микроорганизмами активного ила. Способность активного ила к расщеплению уловленных веществ устанавливается по соотношению полной биохимической потребности в кислороде (БПКп) до начала процессов нитрификации и химической потребности в кислороде (ХПК), которая характеризует окисление вещества до оксида углерода и воды.

В качестве среды обитания микроорганизмов в биохимических аппаратах с насадкой (биофильтре) применяют компост, землю, торф, кору деревьев, пластмассовые элементы и др. Активность микроорганизмов зависит от температуры, влажности, кислотности среды, насыщения кислородом, наличия веществ для питания микроорганизмов в очищаемом воздухе.

При биологической очистке необходимо создать определенный температурновлажностный режим для микроорганизмов, которые являются живыми существами и нуждаются в определенной среде и питании. Если одно из условий (температура, влажность, соответствующая питательная среда) не создано, количество микроорганизмов резко уменьшается и они могут погибнуть. Необходимо выбрать оптимальный вид микроорганизмов и условия их обитания с учетом вида очищаемой среды и содержащихся в ней веществ.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >