Промышленная экология

При расчете прудов определяют их размеры, обеспечивающие необходимую продолжительность  пребывания в них сточных вод. В основе расчета определение  скорости окисления, которую оценивают  по БПК и принимают для вещества, разлагающегося наиболее медленно.     

Существуют  разные варианты устройства прудов: серийные или каскадные, и непроточные. В  непроточные пруды сточная вода подается после отстаивания и  разбавления. Продолжительность пребывания воды в них составляет 20-30 суток. Качество очистки в непроточных прудах выше, чем в серийных.     

Для нормальной работы необходимо соблюдать  оптимальные значения рН и температуры  сточных вод. Температура должна быть не менее 6°С. В зимнее время  пруды не работают, их обычно опорожняют и могут использовать как накопители. Один раз в два – три года рекомендуется производить перепашку  дна и посадку растительности.      

Биологические пруды обладают небольшой стоимостью строительства и невысокими эксплуатационными  расходами, в то же время они отличаются низкой окислительной способностью, сезонностью работы, большой занимаемой площадью, неуправляемостью, наличием застойных зон, трудностью чистки.       

Микрофильтры  и намывные фильтры     

Микрофильтры  представляют собой сетчатые вращающиеся  барабаны, опущенные частично в жидкость. Сточная вода подается внутрь барабана, загрязненная внутренняя поверхность  промывается струями воды в верхней  части барабана. Эффективность очистки  при подаче на них биологически обработанных сточных вод составляет по 20-30%, по взвешенным веществам 65-70%. Микрофильтры просты в эксплуатации и не требуют ежедневного ухода. Намывные фильтры представляет собой резервуары с установленными внутри сетчатыми фильтрующими элементами. Фильтрование осуществляется через сетки намытым на них фильтрующим материалом. Поэтому перед рабочим циклом в фильтр подается пульпа фильтрующего материала. Этот же материал вводится в доочищаемую воду небольшими дозами во время рабочего цикла. Качество доочистки высокое: по содержанию взвешенных веществ (4 мг/л) и (3 мг/л) сточные воды приближаются к чистой речной воде.      

Фильтрующие колодцы, кассеты      

Использование в технологической схеме биологической  очистки сооружений, расположенной  в естественных условиях (фильтрующие  колодцы и кассеты, поля подземной  фильтрации), позволяет обеспечить одновременную глубокую очистку  и обеззараживание стоков и не требует дополнительного устройства сооружений доочистки. Обследование около 50 систем показало что вблизи правильно установленных и эксплуатируемых фильтрующих колодцев создается вполне удовлетворительная санитарная обстановка. На большинстве обследованных объектов даже в расстоянии 1-2 метров вокруг фильтрующего колодца не отмечалось загрязнения атмосферного воздуха и поверхности почвы. Результаты исследований экспериментальных установок показываю, что даже на расстоянии 0,8-1 метра от фильтрующих колодцев наблюдается значительное снижения загрязнении в сточных водах. Сооружения естественной очистки сточных вод такие как фильтрующие колодцы и биологические пруды, могут быть использованы в качестве сооружений доочистки в различных технологических схемах обработки стоков. Эти сооружения размещают, как правило, после установок биологической очистки.  
      

Очистка в биофильтрах      

Биопленка растет на наполнителе биофильтра, она имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1-3 мм и более. Эта пленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей  и других организмов. Число микроорганизмов  в биопленке меньше, чем в активном иле.     

Биологические фильтры достаточно широко применяются  для очистки бытовых и производственных сточных вод при их объемном расходе  до 30 тыс. м3/сут.     

Биофильтры  – искусственные сооружения биологической  очистки представляют собой круглые  или прямоугольные в плане  сооружения, загруженные фильтрующим  материалом, на поверхности которого выращивается биопленка; изготовляются  они из железобетона или кирпича. Сточная вода фильтруется через  слой загрузки, покрытой пленкой из микроорганизмов; отработанная (омертвевшая) биопленка смывается протекающей  сточной водой и выносится  из биофильтра.      

По  типу загрузочного материала биофильтры делятся на две категории: с объемной (зернистой) и плоской загрузкой. В качестве зернистой загрузки используют щебень, гравий, гальку, шлак, керамзит, керамические и пластмассовые кольца, кубы, шары, цилиндры и т.п. Плоская загрузка – это металлические, тканевые и пластмассовые сетки, решетки, блоки, гофрированные листы, пленки т.п., нередко свернутые в рулоны.      

Биофильтры  с объемной загрузкой подразделяются на капельные, высоконагружаемые, башенные. Капельные биофильтры наиболее просты по конструкции, загружаются материалом мелких фракций высотой 1 м и имеют производительность до 1000 м3/сут, на них достигается высокая степень очистки. В высоконагружаемых фильтрах применяется больший размер кусков загрузки , а ее высота составляет 2-4 м.     

Высота  загрузки в башенных биофильтрах  достигает 8-16 м. Два последних вида фильтров применяются при расходах сточных вод до 50 тыс.м3/сут как для полной, так и неполной биологической очистки.     

Применяются также погружные (дисковые) биофильтры. Они представляют собой резервуар, в котором имеется вращающийся  вал с насаженными на него дисками, попеременно контактирующими со сточной водой и воздухом.     

Биотенк - биофильтр представляет собой корпус, в котором заключены элементы загрузки, расположенные в шахматном порядке. Эти элементы выполнены в виде полуцилиндров, орошаются сверху водой, которая, наполняя элементы загрузки стекает через края вниз. На наружных поверхностях элементов образуется биопленка, в элементах – биомасса, напоминающая активный ил. Конструкция обеспечивает высокую производительность и эффективность очистки.     

По  принципу поступления воздуха в  толщу аэрируемой загрузки фильтры  могут быть с естественной и принудительной аэрацией. При поступлении сточных  вод с БПКП> 300 мг/л во избежание  частого заиливания поверхности  биофильтра предусматривается рециркуляция – возврат части очищенной  воды для разбавления исходами точной воды.     

Применение  биофильтров ограничивается возможностью их заиливания, снижением окислительной  мощности в процессе эксплуатации, появлением неприятных запахов, трудностью равномерного наращивания пленки.      

Очистка в аэротенках      

Аэробная  биологическая очистка больших  объемов вод осуществляется в  аэротенках – прямоугольных в плане железобетонных сооружениях со свободно плавающим в объеме обрабатываемой воды активным илом, бионаселение которого использует загрязнения сточных вод для своей жизнедеятельности.     

Аэротенки можно классифицировать по следующим признакам:     

1. по структуре потока – аэротенки-вытеснители, аэротенки-смесители и аэротенки с рассредоточенным впуском сточной жидкости (промежуточного типа) рисунок 51;       

 
      

Рисунок 51 – Схемы аэротенков.     

а – аэротенк-вытеснитель, б – аэротенк-смеситель, в – аэротенк промежуточного типа.

1. Сточная вода, 2 – возвратный активный ил, 3 – аэротенк, 4 – иловая смесь

 

  
  
     

2. по способу регенерации активного  ила – аэротенки с отдельно стоящими или совмещенными регенератов рами ила;  
         3.  по нагрузке на активный ил – высоконагружаемые (для неполной очистки), обычные и низконагружаемые (с продленной аэрацией);  
         4. по числу ступеней – одно-, двух-, и многоступенчатые;  
         5. по режиму ввода сточных вод – проточные, полупроточные, с переменным рабочим уровнем, контактные;  
         6. по типу аэрации – с пневматической, механической, комбинированной гидродинамической или пневмомеханической;  
       7. по конструктивным признакам – прямоугольные, круглые, комбинированные, шахтные, фильтротенки, флототенки и др.     

Аэротенки используются в чрезвычайно широком диапазоне расходов сточных вод от нескольких сот до миллионов кубических метров в сутки.     

В аэротенках-смесителях воду и ил вводят равномерно вдоль длинных стен коридора аэротенка. Полное смешение в них сточной воды с иловой смесью обеспечивает выравнивание концентраций ила и скоростей процесса биохимического окисления. Нагрузка загрязнений на ил и скорость окисления загрязнений практически неизменны по длине сооружения. Они наиболее пригодны для очистки концентрированных (БПКп до 1000 мг/л) производственных сточных вод при значительных колебаниях их расхода и концентрации загрязнений. В аэротенках-вытеснителях воду и ил подают в начало сооружения, а смесь отводят в конце его. Аэротенк имеет 3-4 коридора. Теоретически режим потока поршневой без продольного перемешивания. На практике существует значительное продольное перемешивание. Нагрузка загрязнений на ил и скорость окисления изменяются от наибольших значений в начале сооружения до наименьших в его конце. Такие сооружения применяются в том случае, если обеспечивается достаточно легкая адаптация активного ила. В аэротенках с рассре доточенной подачей воды по его длине единичные нагрузки на ил уменьшаются и становятся более равномерными. Такие сооружения используются для очистки смесей промышленных и городских сточных вод.     

Работа  аэротенка неразрывно связана с нормальной работой вторичного отстойника, из которого возвратный активный ил непрерывно перекачивается в аэротенк. Вместо вторичного отстойника для отделения ила от воды может быть использован флотатор.      

Основные  технологические схемы очистки  в аэротенках приведены на рисунке 52.     

 

 

     Рисунок 52 – Основные технологические  схемы очистки  сточных вод в  аэротенках  
а – одноступенчатый аэротенк без регенерации; б – одноступенчатый аэротенк с регенерацией; в – двухступенчатый аэротенк без регенерации; г – двухступенчатый аэротенк с регенерацией; 1 – подача сточной воды; 2 – азротенк; 3 – выпуск иловой смеси; 4 -вторичный отстойник; 5 – выпуск очищенной воды; 6 – выпуск отслоенного активного ила; 7 – иловая насосная станция; 8 – подача возвратного активного ила; 9 – выпуск избыточного активного ила; 10 – регенератор; 11 – выпуск сточных вод после первой ступени очистки; 12 – аэротенк второй ступени; 13 – регенератор второй ступени.     

В одноступенчатой схеме без регенератора нельзя интенсифицировать процесс  очистки стоков. При наличии регенератора в нем заканчиваются процессы окисления и ил приобретает первоначальные свойства. Двухступенчатая схема применяется при высокой исходной концентрации органических загрязнений в воде, а также при наличии в воде веществ, скорость окисления которых резко различается. На первой ступени очистки БПК сточных вод снижается на 50-70 %.     

Для обеспечения нормального хода процесса биологического окисления в аэротенк необходимо непрерывно подавать воздух. При аэрации должна быть обеспечена большая поверхность контакта между воздухом, сточной водой и илом, что является необходимым условием эффективной очистки.     

Система аэрации представляет собой комплекс сооружений и специального оборудования, обеспечивающего снабжение жидкости кислородом, поддержание ила во взвешенной состоянии и постоянное перемешивание  сточной воды с илом. Для большинства типов аэротенков система аэрации обеспечивает одновременное выполнение этих функций. По способу диспергирования воздуха в воде на практике применяются три системы аэрации: пневматическая, механическая и комбинированная.     

При механической аэрации перемешивание  осуществляется механическими устройствами (мешалками, турбинками, щитками и т.п.), которые обеспечивают дробление струй воздуха, вовлеченного непосредственно из атмосферы вращающимися частями аэратора (ротором).     

Пневматическую  аэрацию, при которой воздух нагнетается  в аэротенк под давлением, подразделяют на три типа в зависимости от размера пузырьков воздуха: на мелкопузырчатую (1 – 4 мм), средне пузырчатую (5-10 мм), крупнопузырчатую (более 10 мм), В качестве распределительного устройства для воздуха в мелкопузырчатой системе аэрации применяются диффузоры, изготовленные из керамики. Пластмассы, ткани в виде фильтросных пластин, трубок, куполов. Для получения средне пузырчатой аэрации применяют перфорированные трубы, щелевые и другие устройства. Крупнопузырчатая аэрация создается открытыми трубами, соплами и т.п.     

Современный аэротэнк – это гибкое в технологическом отношении сооружение, представляющее собой железобетонный резервуар коридорного типа, оборудованный аэрационной системой. Рабочую глубину аэротенков принимает от 3 до 6 м, отношение ширины коридора к рабочей глубине от 1:1 до 2:1. Для аэротенков и регенераторов количество секций должно быть не менее двух; при производительности до 50 тыс.м3/сутки назначается 4-6 секций, при большей производительности 8-10 секций, все они рабочие. Каждая секция состоит из 2-4 коридоров.      

Окситенки       

Окситенки – это сооружения биологической очистки, в которых вместо воздуха используется технический кислород или воздух, обогащенный кислородом.     

Основным  отличием окситенка от аэротенка, работающего на атмосферном воздухе, является повышенная концентрация ила. Это связано с увеличенным массообменом кислорода между газовой и жидкой фазами.     

Он  представляет собой резервуар, круглой  в плане формы с цилиндрической перегородкой, которая отделяет зону аэрации от зоны илоотделения.      

Рекомендуемая концентрация ила в окситенках составляет 6-8 г/л. Возможна работа данного устройства и при более высоких концентрациях активного ила.      

В средней части цилиндрической перегородки  прорезаны окна для перемещения  иловой смеси из зоны аэрации в  илоотделитель, в нижней части – для поступления возвратного ила в зону аэрации. В зону аэрации с помощью турбоаэратора подается кислород.     

Сточная вода поступает в зону аэрации  по трубе. Под воздействием скоростного  напора, развиваемого турбоаэратором, иловая смесь через окна поступает в илоотделитель, в котором жидкость движется по окружности; при этом происходит интенсивное отделение и уплотнения ила. Очищенная вода проходит через слой взвешенного активного ила, доочищается от различных загрязнений, поступает в сборный лоток и отводится по трубке. Возвратный активный ил опускается по спирали вниз и через окна поступает в камеру аэрации.     

Кроме рассмотренных сооружений биологической  очистки для этих же целей могут  быть использованы погружные биофильтры, аэротенки с заполнителями, анаэробные биофильтры. В этих сооружениях активный ил частично находится во взвешенном состоянии, а частично – в прикрепленном к материалу загрузки, т. е. они занимают промежуточное положение между аэротенками и биофильтрами.       

Анаэробные  методы биохимической  очистки      

Анаэробные  методы обезвреживания используют для  сбраживания осадков, образующихся при биохимической очистке производственных сточных вод, а также как первую ступень очистки очень концентрированных  промышленных сточных вод (БПКполн 4-5 г/л), содержащих органические вещества, которые разрушаются анаэробными бактериями в процессах брожения. В зависимости от конечного вида продукта различают следующие виды брожения: спиртовое, пропионово кислое, молочнокислое, метановое и др. Конечными продуктами брожения являются: спирты, кислоты, ацетон, газы брожения (СО2, Н2, СН4).