Биологическая очистка сточных вод

Активный ил поступает  в регенератор 1 из верхнего канала 10. Подача регенерированного ила  в аэрационные отделения осуществляется через отверстия 7, расположенные  в нижней части перегородок (по всей длине). Размеры отверстий определяются по расчету в зависимости от расхода  активного ила.

Иловая смесь из аэротенков отводится через постоянный водослив канала 6 по всей его длине в сборный  канал И, который сообщается с  распределительным каналом вторичных  отстойников.

При такой схеме работы достигаются наиболее полное смешение активного ила со сточной водой, а также равномерная скорость окисления органических веществ  по всему объему сооружения.

Конструкция внутренних перегородок  аэротенков-смесителей выполнена из облегченных сборных элементов, что дает экономию капитальных затрат. Количество возвратного активного  ила составляет около 50% общего расхода  сточных вод, подаваемых в аэротенки.

Для подачи возвратного активного  ила применяются эрлифты.

Воздух к эрлифтам подается в количестве примерно 1 м3 на 1 м3 перекачиваемой жидкости.

При определении количеств  биогенных элементов, которые необходимо добавить в очищаемую смесь, считается, что с бытовыми стоками вносится примерно 8 г азота и около 1,7 г  фосфатов на одного человека в сутки.

Кроме основных биогенных  элементов необходимы также Mg, Ca, S, Fe и др.; эти элементы имеются в  сточных водах в достаточном  количестве, поэтому обычно добавлять  их не приходится.

Биогенные элементы наиболее легко усваиваются в том случае, когда они находятся в соединениях, аналогичных соединениям протоплазмы  клетки. Например, азот в веществах  клетки содержится в восстановленном  состоянии (NH4+), фосфор — в окисленном состоянии (в форме Н3Р04).

Недостаток биогенных  элементов тормозит процесс биохимического окисления; искусственная добавка  их стимулирует рост бактерий, а  следовательно, и интенсифицирует  окисление органических веществ. Длительный недостаток азота при биологической  очистке сточных вод приводит также к образованию труднооседающего активного ила и к потерям  его в результате выноса из вторичных  отстойников.

В жизни микроорганизмов  чрезвычайно велика и роль фосфора, так как он входит в состав наиболее активных веществ клетки, в частности  — в ферменты.

При недостатке в сточных  водах фосфора в активном иле  развиваются нитчатые формы бактерий, обусловливающие медленное его  оседание. Происходит замедление роста  активного ила и снижение интенсивности  окисления органических веществ.

Роль остальных элементов  еще недостаточно ясна, однако имеющиеся  экспериментальные данные показывают, что повышение в сточной воде концентрации таких элементов, как  железо, до 5 мг/л и магния (в виде MgS04-7H20) до 8 мг/л приводит к стимуляции процесса биологической очистки  производственных сточных вод. Интенсификация процессов окисления может быть достигнута путем введения экзогенных стимуляторов.

В качестве биогенных элементов  применяют диаммоний фосфат, фосфорнокислый калий, аммиачную селитру, аммиачную  тукосмесь, суперфосфат и др. При  щелочной воде применяют фосфорную  кислоту, а при нейтральной или  слабощелочной воде — фосфаты.

Биогенные вещества добавляют  в виде сильно измельченного порошка  или в виде раствора, что более  предпочтительно. Во всех случаях они  подаются в специальный резервуар-смеситель, куда поступают также сточные  воды.

На небольших очистных установках допускается подача биогенных  веществ непосредственно в аэротенк.

Для приготовления раствора биогенных веществ и их дозирования  применяется такое же оборудование, как и при коагуляции или нейтрализации  производственных сточных вод.

Оптимальная для развития микроорганизмов величина активной реакции сточных вод лежит  в пределах рН = 7—8; при величинах  рН более 8,5 и менее 6,5 биохимические  процессы замедляются. Поэтому в  случаях отклонения активной реакции  сточных вод от указанных пределов предусматривается ее предварительная  корректировка.

Скорость биохимических  процессов очистки сточных вод  в большой степени зависит  от температуры среды. При температуре сточных вод ниже 6°С жизнедеятельность микроорганизмов, а следовательно, и их активность резко снижаются; при температуре свыше 37 °С заметно уменьшается скорость нитрификации в связи с уменьшением в воде растворенного кислорода. Оптимальной является температура 20—28 °С (в присутствии термофильных бактерий может идти аэробный процесс и при 67 °С). При этом в активном иле находится наибольшее количество видов микроорганизмов. С повышением температуры очищаемой воды до 37 СС необходимо увеличение в 1,2 раза подачи воздуха для аэрации.

Для биологической очистки  производственных сточных вод применимы  те же основные типы сооружений, что  и для очистки бытовых сточных  вод. Выбор типа сооружений производится с учетом количества и специфических  особенностей очищаемых сточных  вод, а также с учетом требований к качеству очищаемой воды. Наиболее производительными и управляемыми сооружениями являются аэротенки различных  конструктивных модификаций. Поэтому  при прочих равных технико-экономических  показателях для биологической  очистки производственных сточных  вод предпочтение следует отдавать аэротенкам. При концентрации стока  по БПКполн до 500 мг/л, отсутствии в сточных водах трудноокисляемых загрязнений и устойчивой технологии производства могут применяться аэротенки с сосредоточенной подачей сточных вод и активного ила в начале аэротенка (азротенки-вытеснители).

К достоинствам аэротенков-вытеснителей следует   отнести   высокую  степень использования рабочего объема, устойчивую рабочую дозу активного  ила в зоне аэрации и отсутствие «проскока» неокисленных загрязнений, а к недостаткам — пониженные кинетические показатели вследствие неравномерной  нагрузки на активный ил в течение  его рабочего цикла.

При величине БПКполн более 500 мг/л или при наличии в  очищаемом стоке медленноокисляемых веществ, а также при непостоянстве  состава сточных вод рекомендуется  применять аэротенки-смесители (5.50) различных конструктивных модификаций.

Новыми конструкциями  являются аэротенки-смесители из сборного железобетона: трехкоридорные с размерами коридора 6X5X42 м и 6Х Х5Х60 м; четырехкоридорные с размерами коридора 9X5, 2X150 м.

К достоинствам аэротенков-смесителей относятся высокая скорость окисления  загрязнений и способность очищать  концентрированные сточные воды, к недостаткам — «проскок»  загрязнений с очищенной водой.

Аналитическими и экспериментальными исследованиями, выполненными в МИСИ имени В. В. Куйбышева, доказана возможность  создания нового типа аэротенка, объединяющего  достоинства аэротенка-вытесни-теля и аэротенка-смесителя, определены гидравлические параметры так называемого  аэротенка с нелинейно-рассредоточенным впуском сточных вод. Расчеты  показывают, что рассредоточенная подача сточных вод пропорционально  концентрации активного ила повышает среднюю рабочую дозу ила в  аэротенке и позволяет существенно  сократить рабочий объем сооружения. Аэротенк, имеющий нелинейно-рассредоточенный впуск сточных вод при постоянстве  удельных нагрузок на активный ил, обладает высокой объемной скоростью окисления  загрязнений, характерной для смесителя, а также позволяет исключить  «проскок» неокисленных загрязнений, в результате чего достигается такое  же качество очищенной воды, как  в аэротенке-вытеснителе ( 5.51).

Расчет   и  конструирование   биоокислителей   для   производственных сточных вод ведутся на основании  экспериментальных данных. Исходными  данными при расчетах служат результаты анализов сточных вод, главным образом  величина БПКполн. Учитывают также  общую концентрацию растворенных солей, которая должна быть не более 10 г/л. При длительной адаптации активного  ила допускается повышение концентрации некоторых солей. При наличии  только NaCl допускается повышение  концентрации растворенных солей до 20 г/л.

Однако для сточных  вод многих отраслей промышленности показатель БПКполн не отражает действительной концентрации в них органических веществ; более полно эти вещества характеризуются показателем ХПК. Значения БПКполн и ХПК з производственных водах колеблются в весьма широких пределах.

Окислительная мощность (ОМ) аэротенков при очистке производственных сточных вод зависит от характера  содержащихся в них загрязнений  и пропорциональна количеству активного  ила в зоне аэрации. Величина ОМ колеблется в широких пределах. Так, например, при очистке сточных вод, загрязненных спиртами (метиловым, этиловым и др.), ОМ на 1 м3 объема аэротенка в сутки  при дозе активного ила 3 г/л составляет 720—1200 г (по величине БПКполн); для сточных  вод, загрязненных органическими кислотами (стеариновой, масляной, уксусной),— 400—1400 г; для сточных вод, содержащих бензол, анилин, формалин, — 600—700 г; для сточных  вод, загрязненных фенолами, — 2000 г/(м3Х Xсутки).

При отсутствии экспериментальных  данных величину ОМ принимают равной 720 г БПКполн на 1 м3 объема аэротенка  в сутки при дозе активного  ила в зоне аэрации 3 г/л.

Продолжительность очистки  сточных вод, содержащих различные  загрязняющие вещества, следует определять экспериментальным путем в условиях, максимально приближенных к производственным.

Общий расход воздуха и  интенсивность аэрации следует  определять исходя из максимальной величины БПКполн очищаемой сточной воды и максимальной концентрации активного  ила, а не по средним значениям  этих показателей.

Для очистки высококонцентрированных  сточных вод (БПКполн более 1000 мг/л) широкое применение находят двухступенчатые  аэрационные сооружения. Преимуществом  этих сооружений по сравнению с одноступенчатыми является более устойчивая их работа при перегрузках и колебаниях концентрации сточных вод.

Обычно активный ил каждой ступени циркулирует, не смешиваясь один с другим. Благодаря этому  микроорганизмы могут хорошо приспособиться к окислению загрязнений, поступающих  на ту или другую ступень.

В качестве первой ступени  целесообразно применять аэротенки-смесители, в качестве второй — аэротенки-вытеснители.

Аэротенки первой ступени  устраивают с регенераторами; вторая ступень может быть и без них. Наличие регенераторов, как отмечалось ранее, облегчает условия эксплуатации сооружений в случае образования  труднооседающего активного ила  и при резких изменениях состава  и концентрации сточных вод. Объем  регенераторов обычно составляет 25— 50% объема аэротенков.

Результаты исследований работы другой схемы двухступенчатых  аэротенков, состоящей из высоконагружаемого аэротенка-смесителя без рециркуляции ила (процесс суперактивной аэрации) и аэротенка-отстойника, показали, что  за счет создания условий питания  и аэрации, благоприятных для  развития высокоактивных бактериальных  илов в сооружении первой ступени  и илов с преимущественным развитием  прикрепленных и свободно плавающих  простейших в сооружении второй ступени, обеспечивается высокое качество очистки (до БПКб 10 мг/л при БПКБ исходной воды 390—450 мг/л). При этом капитальные  затраты снижаются более чем  на 30% по сравнению с затратами  по схеме двухступенчатой очистки  в обычных аэротенках.

К особенностям высоконагружаемых  аэротенков относятся: нагрузка на ил выше 1000 мг БПКб/(г-сутки), возможность  работы без первичного отстаивания (при БПКб поступающей воды 120 мг/л), снижение удельного расхода кислорода  на переработку загрязнений и  увеличенный прирост ила. Очистка  сточной воды в них проходит до 20 мг/л по БПКб-В таких аэротенках активный ил поддерживается в фазе логарифмического роста и характеризуется  высокой скоростью обмена веществ.

Избыточный активный ил второй ступени нередко направляют в  первичные отстойники с тем, чтобы  использовать его коагулирующее  действие и сорбционную способность. Избыточный активный ил первой ступени  направляют в илоуплотнитель, а оттуда на дальнейшую обработку. При такой  схеме очистки величина БПКполн  жидкости, поступающей на первую ступень, может быть увеличена до 2000 мг/л (вместо 300— 350 мг/л при одноступенчатой  очистке). Значительно увеличивается  и окислительная мощность аэротенка. первой ступени — до 1800 г/(м3Х Хсутки).

В ряде случаев применение двухступенчатой схемы биологической  очистки позволяет получить не только более устойчивую работу комплекса  очистных сооружений, но и сократить  их объем.

Недостатком двухступенчатой  схемы является необходимость устройства промежуточных вторичных отстойников  и связанной с ними системы  распределительных лотков. Однако этот недостаток компенсируется более высоким  и устойчивым эффектом очистки сточных  вод.

Образование пены в аэротенках вызывается содержащимися в производственных сточных водах поверхностно-активными  веществами, а также маслянистыми составными частями органических примесей. Эти вещества, находясь в сточных  водах в растворенном или коллоидном виде, не выделяются при отстаивании  и остаются в сточной воде, способствуя  сильному и устойчивому пенообразованию.

Применяемые в практике очистки  сточных вод меры по предупреждению пенообразования разделяются на три основные группы: способ предварительного удаления из воды СПАВ или других компонентов, обусловливающих образование устойчивой пены, способы предотвращения пенообразования  путем применения противопенных  добавок, способы разрушения пены —  гидравлические, электрические, термические, химические и др.

Более широко применяются  в практике очистки сточных вод  гидравлические способы гашения  пены.

Аэротенк с оборудованием  для гидравлического гашения  пены.

В качестве рабочей жидкости для гашения пены используется поступающая  в аэротенк или находящаяся в  нем сточная вода. Первая из них  содержит значительно меньше взвешенных веществ,    поэтому вероятность  засорения насадок в этом случае уменьшается; также исчезает опасность  дробления хлопьев активного  ила и ухудшения его осаждаемо-сти  во вторичных отстойниках.