Глава 27. Сооружения биологической очистки сточных вод

 

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ

 

Биологические фильтры относятся к сооружениям биологической очистки сточных вод в искусственно созданных условиях.

По производительности биофильтры подразделя­ют на капельные и высоконагружаемые.

По способу подачи воздуха различают биофильт­ры с естественной и искусственной вентиляцией. Для капельных биофильтров используют естественную вентиляцию, для высоконагружаемых — как естественную, так и искусственную вентиляцию. В последнем случае биофильтры называют аэрофильтрами.

Капельные биофильтры. Капельные биофильтры состоят из сле­дующих основных элементов: водонепроницаемого основания, дре­нажа, стенок (воздухонепроницаемых или воздухопроницаемых), фильтрующей загрузки и распределительного устройства. В плане капельные биофильтры могут иметь прямоугольную или круглую форму.

Сущность процессов, протекающих в биофильтре, такова. На по­верхности зерен загрузки фильтра сорбируются нерастворенные и коллоидные загрязнения, образуя биологическую пленку, заселен­ную микроорганизмами. Попадая на эту пленку, растворенные за­грязнения сточных вод окисляются микроорганизмами. Отмершая пленка смывается сточной жидкостью и выносится из тела био­фильтра.

Осветленная в первичных отстойниках сточная жидкость пери­одически через специальное устройство равномерно распределяется по площади биофильтра (рис. III.43). Пройдя через слой загрузки и дренаж, жидкость собирается системой лотков и отводится по ним во вторичный отстойник. Назначение вторичного отстойника состоит в задержании отмершей биологической пленки, выносимой из био­фильтра.

1— дозирующий бак; 2 — распределительная сеть; 3 —фильтрующая загрузка; 4 — дре­наж; 5 — сборный лоток

 

Капельные биофильтры применяют при расходе сточных вод не более 1000 м³/сут.

Расчет капельного биофильтра заключается в определении объема загрузки, площади в плане, числа секций, размеров распредели­тельных устройств и лотков для сбора очищенной жидкости.

Рабочая высота биофильтра равна 1,5—2 м.

Высоконагружаемые биофильтры. Эти фильтры отличаются от капельных особенностями конструктивного и эксплуатационного характера. К особенностям конструктивного характера относятся увеличение крупности зерен загрузки, изменение конструкции дни­ща и дренажа, увеличение высоты загрузки. Особенности эксплуа­тационного характера состоят в уменьшении перерывов в подаче жидкости и повышении гидравлической нагрузки на 1 м² площа­ди фильтра, что способствует вымыванию отмершей биологической пленки, в разбавлении в необходимых случаях поступающего стока очищенными сточными водами, т. е. в применении рециркуляции для снижения БПК-

По принципу действия различают высоконагружае­мые биофильтры, работающие на полную и неполную очистку.

По режиму работы высоконагружаемые биофильтры делят на работающие с рециркуляцией и без рециркуляции. Снижая БПК поступающих на биофильтры сточных вод, рециркуляция обес­печивает устойчивую работу фильтров.

По способу очистки высоконагружаемые биофильтры могут быть одноступенчатыми и двухступенчатыми. В первой сту­пени проводится частичная очистка воды, а во второй—полная.

По способу подачи воздуха различают высоко­нагружаемые биофильтры с естественной и искусственной вентиля­цией.

По высоте высоконагружаемые фильтры делят на низкие (до 2 м) и высокие (2 м и выше).

По виду загрузки высоконагружаемые фильтры могут быть с объемной загрузкой (гравий, щебень, керамзит и пр.) и с плоскостной загрузкой (кольца или обрезки из керамических или пластмассовых засыпных элементов, жесткая загрузка в виде ре­шеток или блоков из плоских или гофрированных листов и пр.).

Расчет высоконагружаемых биофильтров проводят в такой после­довательности.

1. Определяют коэффициент

K = L_a/L_t (III.25)

где L_a и L_t — БПК₂₀ сточной жидкости, поступающей на биофильтр, в БПК₂о очищенной сточной жидкости, мг/л.

 

2. По среднезимней температуре сточной жидкости и найденному значению К, используя табл. 39 СНиП 11-32-74, которая здесь не приводится, определяют рабочую высоту биофильтра Н, гидравли­ческую нагрузку q и количество подаваемого воздуха В. Рабочая высота биофильтра колеблется в пределах 2—4 м, гидравлическая
нагрузка — 10—30 м³/м² в сутки, количество подаваемого воздуха — 8—12 м³ на 1 м³ сточной жидкости.

L_a сточной жидкости должно быть не более 300 мг/л. При L,, бо­лее 300 мг/л необходима рециркуляция.

 

3. Определяют L_CM — БПК₂₀ смеси сточной жидкости для био­фильтров рециркуляцией и п — коэффициент рециркуляции:

 

(III.26)

 

(III.27)

 

4.Определяют площадь биофильтров, по формулам: в слу­чае их работы без рециркуляции

F = Q/q (III.28)

 

в случае их работы с рециркуляцией

F=Q(n + 1)/q, (III.29)

где Q — расчетный расход сточных вод, м/сут.

Конструктивные особенности биофильтров. В качестве загру­зочного материала для фильтров используют щебень и гальку проч­ных пород, а также керамзит и пластмассы. Крупность загрузочного материала для высоконагружаемых фильтров принимается равной 40—60 мм по всей высоте загрузки. Крупность материала нижнего поддерживающего слоя высотой 0,2 м составляет 60—100 мм. Круп­ность загрузочного материала для капельных биофильтров прини­мается равной 30—50 мм с постепенным увеличением по глубине.

Распределение сточной жидкости по поверхности биофильтров осуществляется неподвижными разбрызгивателями или подвижными реактивными оросителями. Наибольшее распространение из непо­движных разбрызгивателей получили спринклерные установки. Спринклерная установка состоит из дозирующего бака, распреде­лительных труб и спринклеров. Спринклерные головки-насадки, установленные на вертикальных отростках, соединены с распредели­тельными трубами, уложенными в теле биофильтра.

Для нормальной работы биофильтра необходима подача воздуха в. достаточном количестве. В капельных биофильтрах обычно ис­пользуется естественная вентиляция, создаваемая разностью тем­ператур наружного воздуха и тела биофильтра. В высоконагружае­мых биофильтрах воздух подается вентиляторами в пространство между дренажем и днищем.

В последние годы в отечественной и зарубежной практике нахо­дят распространение биофильтры,с пластмассовой загрузкой. Они имеют высокую производительности обеспечивают хорошую очист­ку. Высоту таких биофильтров принимают равной 3—4 м. В качестве загрузочного материала возможно применение блоков из поливинилхлорида, полистирола и других жестких, пластмасс.

 

АЭРОТЕНКИ

 

Аэротенки относятся к сооружениям биологической очистки сточных вод в искусственно созданных условиях. Обычно их выпол­няют в виде длинных железобетонных резервуаров (коридоров) глу­биной 3—6 м и шириной 6—10 м. Поступающая в аэротенк осветлен­ная жидкость смешивается с активным илом. Активный ил — это скопление микроорганизмов, способных сорбировать на своей по­верхности органические загрязнения и окислять их в присутствии кислорода воздуха. Смесь осветленной сточной жидкости и актив­ного ила по всей длине аэротенка продувается воздухом.

На рис., III.44 представлена схема работы аэротенка. Из аэро­тенка смесь сточных вод с активным илом направляется во вторич­ный отстойник, где активный ил осаждается и затем возвращает­ся в аэротенки. Этот ил носит название циркулирующего актив­ного ила.

В результате роста микроорганизмов и сорбции органических загрязнений масса ила в аэротенках непрерывно возрастает. С уве­личением его концентрации в аэротенках увеличивается вынос активного ила из вторичных отстойников и снижается качество очи­щенной воды. Для предотвращения этого часть активного ила (из­быточный активный ил) не возвращается в аэротенки, а направляет­ся на илоуплотяители.

Процесс разложения органического вещества в аэротенке про­текает в три фазы. В первой фазе происходит сорбция органических загрязнений на хлопьях активного ила и окисление легкоокисляющихся органических веществ. При этом ВПК сточной жидкости резко снижается. Во второй фазе окисляются трудноокисляющиеся органические вещества и происходит регенерация активного ила, т. е. восстановление его сорбирующей способности. В третьей фазе происходит нитрификация аммонийных солей.

Аэротенки можно применять для частичной и полной очистки сточных вод. Частичную очистку применяют, если местные условия позволяют использовать самоочищающую способность водоема.

Для обеспечения устойчивой работы аэротенков устраивают регенераторы — сооружения, в которых восстанавливается сорби­рующая способность активного ила. Ил в регенераторах постоянно аэрируется. Под регенераторы обычно выделяют часть коридоров аэротенков. Существует ряд схем работы аэротенков. Кроме одно­ступенчатых аэротенков с регенерацией или без нее, работающих на полную или частичную очистку, применяют также аэротенки-смесители, двухступенчатые аэротенки и аэротенки со ступенчатой аэрацией.

 

Рис. 111.44. Схема работы аэротенка

/ — циркулирующий активный ил; 2 — избыточный активный ил; 3 —насосная станция; 4 — вторичный отстойник; 5 — аэротенк; 6 — первичный отстойник

 

Аэротенк-смеситель применяют обычно для очистки производ­ственных сточных вод с высокой концентрацией органических загрязнений. В целях улучшения использования кислорода сточную жидкость подают в аэротенк-смеситель рассредоточенно по его длине.

Расчетный объем аэротенка зависит от расхода сточной жидкости, ее загрязненности органическими веществами, количества подавае­мого воздуха и концентрации активного ила.

Продолжительность аэрации или время пребывания сточной жид­кости в аэротенках устанавливают по формуле

 

(III.30)

где L_a и L_е — БПК20 поступающей в аэротенк сточной жидкости и БПК₂о очищенной жидкости, мг/л; а — доза ила, принимаемая в аэротенках, рабо­тающих на полную очистку, равной 1,5 г/л; на неполную очистку — 2 г/л; в регенераторах — 4 г/л; S — зольность ила, равная 0,3; р — скорость окис­ления загрязнений, мг БПКго за 1 ч на 1 г беззольного вещества, определяе­мая по табл. 42 СНиП П-32-74

Удельный расход воздуха, м³ на 1 м³ сточной жидкости, следует определять по формуле

(III.31)

где Z — удельный расход кислорода, мг на 1 мг снятой в процессе очист­ки БПК₂о (0,9—1,05); L_a и L_е —то же, что и в формуле (Ш.ЗО); K1 K₂, n_t; n₂ — коэффициенты, учитывающие тип аэратора, глубину его погружения, температуру сточных вод и их свойства (значения этих коэффициентов при­нимают по СНиП П-32-74); Ср — растворимость кислорода в жидкости; С — концентрация кислорода; растворенного в жидкости, находящейся в аэротенке (1—2 мг/л).

 

Объем аэротенка, м^3:

(III.28)

Q –расход сточной жидкости, t продотжительность аэрации

 

Площадь аэротенка, м²:

F = V/H, (III.28)

где Н — рабочая глубина аэротенка, принимаемая равной 3—6 м.

Объем аэротенка V включает объем собственно аэротенка и объ­ем регенератора. Объем регенератора при полной очистке должен составлять 25—50%, а при частичной очистке—50% расчетного объема аэротенка.

 

Расчетную площадь аэро­тенков разбивают на секции, каждая из которых состоит из нескольких коридоров (от двух до четырех). Часть ко­ридоров (один — два) выде­ляется под регенераторы. Сточная жидкость переходит последовательно из одного коридора в другой. Длина аэротенков обычно назначает­ся в пределах 50—130 м. Отношение ширины коридора к рабочей глубине аэротенка следует принимать от 1: 1 до 1: 2.

Различают аэротенки с продувкой сточной жидкости сжатым воздухом и аэротенки с механической аэрацией. Первые получили в СССР большее распространение. Воздух в аэротенки подается воз­духодувками по системе воздуховодов. Распределение воздуха в аэротенке производится через пористые керамические материалы (фильтросные пластины, керамические трубы, синтетические ткани). На рис. II 1.45 показано распределение воздуха перфорирован­ными трубами и фильтросными пластинами. Обычно воздух посту­пает в перфорированные трубы или в канал, по верху которого ук­ладываются фильтросные пластины, из стояков, которые отходят от основного магистрального воздуховода, располагаемого на про­дольной стенке аэротенка. Расстояние между стояками принимается в пределах 20—40 м. Перфорированные трубы помещают с одной стороны коридора аэротенка вдоль его длины для обеспечения цир­куляции потока в поперечном сечении. Отверстия в них диаметром 2—2,5 мм располагают на расстоянии 10—15 см друг от друга. Филь­тросные пластины располагают в один — три ряда также с одной стороны коридора аэротенков вдоль его длины.