БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Наиболее полная очистка производственных сточных вод, содержащих органические вещества в растворенном состоянии, достигается биологическим методом. При этом используются те же процессы, что и при очистке бытовых вод, — аэробный и анаэробный. Для аэробной очистки применяют аэротенки различных конструктивных модификаций, окситенки, фильтротенки, флототенки, биодиски и биологические пруды; при анаэробном процессе для высококонцентрированных сточных вод, применяемом в качестве первой ступени биологической очистки, основным сооружением служат метантенки.

Для полной очистки высококонцентрированных сточных вод применяют анаэробно-аэробное окисление.

Скорости аэробного окисления при биологической очистке производственных сточных вод изменяются в широких пределах от 10 до 30 мг/г активного ила в 1 ч (в пересчете на беззольное вещество) и являются функцией видового и количественного состава активного ила, начальной концентрации загрязнений, требуемой степени очистки, биохимической структуры загрязнений, а также физических параметров процесса (интенсивности перемешивания, рН, температуры и т. д.). Чем выше исходная концентрация загрязнений (до определенных пределов) и чем меньше требуемая степень очистки, тем выше скорость окисления Скорости аэробного окисления и анаэробного сбраживания определяют экспериментально.

При биологической очистке производственных сточных вод для развития микробиальных культур должны быть созданы оптимальные условия. В этом направлении наиболее перспективными являются аэротенки, работающие с высокими дозами активного ила; окситенки, снабжаемые чистым кислородом, и аэротенки   с  неравномерно-рассредоточенным впуском сточной воды.

Оценкой биохимического процесса, проходящего в том или ином сооружении, является так называемая окислительная мощность. Она исчисляется количеством граммов кислорода, получаемого с 1 м3 сооружения в   сутки и израсходованного   для   окисления   органических   веществ — аммонийной соли до нитритов и нитратов и т. п.

Окислительная мощность сооружений весьма различна: от нескольких сот граммов (биопруды) до нескольких килограммов ( 5.47) (аэротенки с высокой дозой активного ила).

Биологическая очистка производственных сточных вод в аэробных условиях

Способ биологической очистки в аэробных условиях возможен, если содержащиеся в производственных сточных водах органические и минеральные вещества способны окисляться в результате биохимических процессов и если условия среды, т. е. наличие растворенного кислорода, величина рН, температура и концентрация в воде вредных веществ не превышают те предельно допустимые величины, при которых не нарушается жизнедеятельность микроорганизмов. Во всех случаях очищаемая вода должна содержать необходимое количество биогенных элементов (азота, фосфора, калия, железа и др.)-

Многие производственные сточные воды приходится подвергать предварительной обработке и добавлять в них биогенные элементы.

Почти все органические вещества в соответствующих условиях разрушаются под воздействием бактерий.

Окисление загрязнений сточных вод протекает тем полнее, чем больше величина отношения БПКполн: ХПК (величина отношения БПКполн: : ХПК должна быть не менее 0,4).

Как показывает опыт, биохимическому окислению легко поддаются органические соединения алифатического ряда (сложные эфиры, кислоты); легко окисляются также бензойная кислота, этиловый и амиловый спирты, гликоли, хлоргидриды, ацетон, глицерин, анилин и ряд других веществ. При длительной адаптации микроорганизмов достигается распад даже таких устойчивых соединений, как толуол, ксилол, углеводороды нефти, хлорзамещенные углеводороды и др. Однако окисление некоторых из органических веществ происходит настолько медленно, что содержащие такие вещества сточные воды нецелесообразно подвергать биологической очистке. Наиболее неблагоприятное влияние на ход биохимических процессов оказывает присутствие в сточных водах солей тяжелых металлов.

Основной причиной нарушения нормальной работы биологических сооружений являются залповые сбросы производственных вод с высокой концентрацией медленно окисляемых соединений. Значительные затруднения при биологической очистке вызывают стоки текстильных предприятий, содержащие СПАВ (синтетические поверхностно-активные вещества). Поэтому на таких предприятиях должны быть установки по извлечению вредных веществ из сточных вод перед их биологической очисткой.

Сильно концентрированные сточные воды требуется предварительно обрабатывать до допустимых пределов (по БПКполн).

В активном иле, образующемся при очистке производственных сточных вод, видовой состав микроорганизмов сильно не различается, несмотря на исключительно большое разнообразие самих окисляемых загрязнений. В большей части илов доминирует микрофлора рода Pseudo-monas.

В результате длительной направленной селекции микроорганизмов, выращиваемых только на одном веществе, служащем им единственным источником углерода, могут быть получены такие культуры, которые будут усваивать это вещество даже при высоких его концентрациях. Эти культуры могут быть успешно использованы при очистке сточных вод, загрязненных каким-либо одним веществом, например фенолом; в большинстве же случаев целесообразно использовать биоценоз микроорганизмов (активный ил).

Виды микроорганизмов этого биоценоза отбираются в процессе длительной работы биоокислителя на сточной воде данного состава. Изменение качества очищаемой воды и ее концентрации обусловливает необходимость адаптации микроорганизмов. Их способность к адаптации имеет большое значение при биологической очистке производственных сточных вод.

Процесс очистки протекает более устойчиво и полно в тех случаях, когда очищают смесь производственных и бытовых сточных вод. Объясняется это тем, что бытовые воды содержат необходимые биогенные элементы, а также служат для разбавления. Часто для быстрой инокуляции очистных сооружений микроорганизмами — минерализаторами к производственным водам добавляют бытовые воды, особенно в пусковой период.

После «созревания» очистных сооружений, когда микроорганизмы приспособятся к утилизации специфических загрязнений производственных вод, приток бытовых вод может быть уменьшен или прекращен вообще.

Как уже отмечалось, производственные сточные воды, подвергающиеся биологической очистке, не должны содержать в своем составе ядовитые вещества и соли тяжелых металлов (меди, свинца, цинка, хрома, ртути и т. п.) в концентрациях, которые были бы вредны для жизнедеятельности микроорганизмов. Допустимые концентрации некоторых вредных веществ на сооружениях полной биологической очистки приведены в табл. 5.17. Как видно из таблицы, наличие в сточной воде меди в количестве более 0,5 мг/л приводит к замедлению биохимических процессов, а при 10 мг/л они практически прекращаются. Тормозящее действие свинца сказывается уже при содержании его 0,1 мг/л; с повышением концентрации это действие усиливается: при 1 мг/я замедляются процессы нитрификации, а при 5 мг/л депрессия становится полной. При необходимости снижения БПКполн производят разбавление сточных вод менее концентрированными, условно чистыми или очищенными водами.

Необходимую степень разбавления бытовыми водами определяют исходя из того, чтобы их величина БПКполн была более или менее постоянна; в среднем она составляет 40 г/сутки на одного человека, пользующегося канализацией. Величина БПКполн производственных вод берется по данным анализов.

Этот метод расчета позволяет определить приближенно экономическую эффективность биологической очистки производственных стоков при разбавлении их бытовыми, условно-чистыми, биологически очищенными стоками или речной водой. В результате установлено, что в большинстве случаев наиболее эффективной является совместная биологическая очистка производственных и бытовых стоков. Эксплуатационные затраты при этом составляют 5—10 коп/м3, а при большом разбавлении производственных стоков условно-чистыми стоками и чистой водой технико-экономические показатели биологического метода настолько ухудшаются, что возникает необходимость в применении других методов очистки сточных вод. Например, в отдельных случаях при необходимости разбавления производственных стоков перед биологической очисткой чистой водой в 100 раз эффективнее очищать данные стоки методом анаэробного сбраживания.

При совместной биологической очистке городских и производственных сточных вод механическая их очистка может производиться как совместно, так и раздельно. Раздельная механическая очистка обязательна, если производственные сточные воды должны быть подвергнуты меха-но-химической или физико-химической очистке.

На  5.48 приведены объединенные сооружения биологической очистки сточных вод г. Калинина мощностью 220 тыс. м3/сутки, разработанные институтом Гипрокоммунводоканал и введенные в действие в 1971 г. Характерной особенностью очистных сооружений г. Калинина является то, что они принимают для совместной очистки как бытовые, так и загрязненные сточные воды от промышленных предприятий города.

По данным исследований, сточные воды характеризуются высокими значениями БПК20 — 250—350 мг/л, ХПК — 320—500 мг/л, повышенным содержанием меди, аммонийного азота, красителей и других загрязнений. Поэтому для наиболее токсичных сточных вод промышленных предприятий предусмотрена предварительная их очистка на локальных сооружениях. Так, для предприятий синтетического волокна необходима предварительная очистка промышленных стоков от солей меди и аммиака, для предприятий машиностроительной промышленности — ат масло- и нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов.

Наиболее тщательной предварительной очистке должны подвергаться промышленные стоки комбината синтетического волокна, в составе которых в большом количестве содержатся соли цинка (41 мг/л), серная кислота (156 мг/л), сульфат натрия (2300 мг/л), сероуглерод (40 мг/л), БПКго этих стоков 450 мг/л, рН = 2,5...2,75.

После локальной очистки сточных вод для полной очистки эти воды нуждаются в обработке активным илом. Поэтому проектом предусмотрена биологическая очистка производственных сточных вод комбината синтетического волокна вместе с бытовыми водами города в аэротенках-смесителях.

Согласно принятой схеме очистки сточных вод, они поступают в приемную камеру 1 и по самотечному каналу в здание решеток 2. Здание решеток сблокировано с песколовками, насосной станцией для перекачки дробленой массы и тепловым пунктом.

Из песколовок сточная вода поступает в первичные радиальные отстойники 4 (их диаметр 40 м), где происходит отстаивание воды в течение 1,5 ч. Осветленные в отстойниках сточные воды через камеры смешения 9 поступают в аэротенки-сме-сители 16 и 16', где происходит биологическая очистка сточной воды в смеси с активным илом при искусственной аэрации воздухом.

Из аэротенков-смесителей иловая смесь направляется на вторичные отстойники 18 и 18', диаметр которых также 40 м. Продолжительность отстаивания во вторичных отстойниках 2 ч. Очищенная сточная вода обеззараживается хлором и по трубопроводу диаметром 2 м направляется в водоем. Активный ил из вторичных отстойников перекачивается в канал аэ-ротенков с помощью эрлифтов, установленных в специальной камере 17.

Избыточный активный ил подается насосами в илоуплотнители И, откуда вместе с сырым осадком из сооружений механической очистки перекачивается в метантенки 7 для дальнейшей обработки и подсушки на иловых площадках.

Окислительная мощность аэротенков-смесителей по БПКго принята равной 720 г/(м3- сутки) при расходе воздуха 40 м3 на 1 кг снижаемой БПКго-Продолжительность аэрации в секциях аэротенков-смесителей городских вод 12 ч, в секции аэротенков-смесителей производственных стоков комбината — 7,7 ч.

Удельный расход воздуха для городских сточных вод составляет 11,9 м3/м3, для промышленных стоков — 7,7 м3/м3.

Производственные сточные воды комбината синтетического волокна по самостоятельным напорным водоводам IS подаются в аэротенки-смесители через камеру смешения 14, куда подается также раствор биогенных веществ.

Секции аэротенков-смесителей городских и промышленных сточных вод отделены друг от друга щитовыми затворами 15, установленными в распределительном канале осветленных вод, в канале активного ила и распределительном канале вторичных отстойников. Под регенератор активного ила выделено 33% объема аэротенка-смесителя. По принятой технологической схеме работы аэротенка-смесителя ( 5.49) отстоен-ные сточные воды поступают в сборный канал 9 и из него в распределительные каналы 4. Через отверстия 5, расположенные по всей длине каналов 4, сточные воды попадают в аэрационные отделения 2.

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.

Фактическая стоимость строительства сооружений 5,9 млн. руб., стоимость строительства сооружений в расчете на 1 м3 суточной производительности станции 26,5 руб.

Количество биогенных элементов (азота, фосфора) в смеси производственных и бытовых сточных вод определяется из соотношения БПКполн : N и БПКполп : Р; для многих видов сточных вод N составляет 2,3—4% БПКполн, а Р=0,3...0,8 БПКполн, и лишь в отдельных случаях, как, например, для нефтесодержащих сточных вод, количество азота увеличивается до 5—10%, а фосфора — до 1,4% БПКполн- При недостатке фосфора добавляют ортофосфорную кислоту, фосфор которой легко усваивается микроорганизмами  (вводится 0,1%-ный раствор КН2Р04).

Минимальные количества биогенных элементов для интенсивного биохимического процесса очистки смеси бытовых и производственных сточных вод составляют на каждые 100 мг/л БПКполн: азота 5 и фосфора 1 мг/л.

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.

Потребность в биогенных элементах постоянна, так как прирост микроорганизмов при окислении различных веществ различен; поэтому при очистке производственных сточных вод в каждом конкретном случае она должна устанавливаться экспериментально.

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.

Предварительный расчет необходимого количества биогенных элементов производится следующим образом.

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.

Резервуары для приготовления раствора суперфосфата оборудуются мешалками с небольшой частотой вращения (12—25 мин-1). Для ускорения растворения лучше применять теплую воду с температурой 40—50° С. Перед сливом в расходные баки приготовленный раствор отстаивается в течение 0,5—1,5 ч. Осадок направляется в накопитель или на площадки для подсушивания. Резервуары для приготовления растворов биогенных добавок и смесителя необходимо выполнять из кор-розиестойких материалов.

Кроме раствора суперфосфата в смеситель биогенных добавок обычно подается раствор аммиачной воды при дозе по азоту 10 мг/л (раствор водного аммиака содержит 16,4% азота). Для хранения поступившего раствора устраиваются резервуары, рассчитанные на 15—30-суточную потребность; располагаются они вне здания. Для уменьшения потерь аммиака необходимо предусматривать орошение надземных резервуаров летом.

Из резервуаров-хранилищ аммиачная вода перекачивается в сборники-мешалки, оборудованные вентиляционными установками. В сборниках концентрация аммиачной воды доводится до 5%. Приготовленный раствор поступает в смеситель биогенных добавок.

Следует учитывать, что смесь выделившегося из воды аммиака с кислородом взрывоопасна. Поэтому все резервуары и аппаратура, где возможно выделение аммиака, герметизируют; принимаются также и другие меры техники безопасности.

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 труд-ноокисляемых 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 (табл. 5.19).

Поэтому в отличие от бытовых стоков, зная величину только какого-либо одного показателя (ХПК или БПКполн), нельзя определить расчетом величину другого, а следовательно, нельзя судить о возможной полноте минерализации органических веществ производственных стоков при биологической их очистке. При ориентировочных расчетах можно принимать, что БПКполн составляет 0,6—0,8 ХПК.

Чем больше разница между ХПК и БПКполн, тем больше прирост биомассы в искусственных биоокислителях. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе типа окислителя. Очевидно, что для очистки стоков, характеризующихся большой величиной ХПК и малой БПКполн, не следует применять обычные биофильтры и аэрофильтры с мелкозернистым загрузочным материалом, так как заиливание таких сооружений биопленкой неизбежно. Для таких сточных вод необходимо применение аэротенков-смесителей различных типов.

Величина прироста биомассы определяется экспериментально в процессе исследования сточных вод и выяснения эффективности методов их очистки или принимается по данным опыта эксплуатации очистных сооружений для аналогичных сточных вод.

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-сме-сители, 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.

Способы предотвращения пенообразования в аэротенках. При очистке в аэротенках производственных сточных вод некоторых отраслей промышленности образуется пена, что отрицательно влияет на работу аэрационных сооружений, снижая их производительность и ухудшая качество очищенной воды. Пенообразование большей частью зависит от величины рН очищаемой сточной воды, заметно увеличиваясь при ее повышении, от дозы активного ила в зоне аэрации, снижаясь при его повышении, и от содержания СПАВ.

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 показан на  5.52.

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.

Во избежание выхода из аэротенка неочищенной воды конечный участок (i/8—1/10 часть общей длины аэротенка) душируется очищенной сточной водой, взятой после вторичных отстойников.

В настоящее время исследуются химические противовспениватели и

пеногасители.

Наиболее эффективные противовспениватели и пеногасители были испытаны на аэротенке очистных сооружений целлюлозно-бумажного комбината Производительность аэротенка 3000 м3/ч, интенсивность аэрации 5 м3/(м2-ч), концентрация активного ила 2—3 г/л, температура сточной воды 20° С. Высота слоя пены в аэротенке 1 — 1,3 м. Были испытаны в качестве пеногасителей фракции спиртов С7—Сц и смесь спирта Ci Си с эмульсией 21-2А. Раствор пеногасителя в аэротенк поступал самотеком или под напором через сопла с навинчивающимся насадком, которые располагались на расстоянии 0,5—1 м от продольной стенки и на различной высоте от уровня жидкости. Насадок имел выходное отверстие 3, 5 и 10 мм. Сопла устанавливались выходным отверстием под различным углом к горизонту. Гашение пены производилось в точках, расположенных на различном расстоянии от входа жидкости в коридор, у места расположения фильтросов, на противоположной от них стороне, в различных коридорах и регенераторе и т. д.

Подача раствора осуществлялась непрерывно и периодически, вплоть до частичного или полного разрушения пены.

Расход водного раствора эмульсии составлял 0,2—0,3 г/м3, фракции спиртов С7—Сц—0,1—0,2 г на 1 м3 сточной воды.

Стоимость пеногашения смесью спирта и эмульсии равнялась 1,5 руб. за 1000 м3 сточной воды.

Рекомендуемые для предотвращения пенообразования дозы рабочих растворов пеногасителей не являются токсичными для микроорганизмов активного ила и практически не повышают БПК обрабатываемой сточной воды. Используемые спирты в процессе биологической очистки разрушаются полностью.

Интенсификация работы сооружений биологической очистки. Одним из основных способов интенсификации работы сооружений биологической очистки производственных сточных вод является повышение дозы активного ила в зоне аэрации. Для этого в аэротенках необходимо применение новых способов отделения ила, обеспечивающих  его   быстрый возврат в зону аэрации. Одним из таких способов может быть метод напорной флотации. На основании опытов, проведенных на Новогорьков-ском НПЗ, скорость разделения концентрированной иловой смеси при напорной флотации растворенным воздухом возрастает в 7 раз по сравнению с гравитационным разделением; повышение концентрации ила в исходной воде и давление, при котором происходит насыщение иловой смеси воздухом, положительно влияют на плотность пены во флотаторе. При гидравлической нагрузке на флотоилоотделитель 5—8 м3/(м2«ч) и дозе ила в исходной смеси 10 г/л средний вынос взвешенных веществ составлял 100 мг/л. Дальнейшее усовершенствование и изучение флотации растворенным воздухом и замена вторичных отстойников флотато-рами позволят повысить скорость разделения иловых смесей, достигнуть высокой степени уплотнения ила и обеспечить повышенные концентрации рабочего активного ила в аэрационной зоне сооружений биологической очистки (до 10—15 г/л).

Увеличение пропускной способности окислительных сооружений достигается применением окситенков. В ВОДГЕО разработана конструкция окситенка, позволяющая использовать для аэрации технический кислород на 90—95%. Это дает возможность повысить дозу активного ила в зоне аэрации до 10—15 г/л вместо 3 г/л в аэротенке. При этом скорость биохимического окисления одним граммом активного ила увеличивается.

В МИСИ имени В. В. Куйбышева исследована конструкция новог© биохимического окислителя-фильтротенка ( 5.53). При исходной величине БПКполн 1500—2000 мг/л, дозе активного ила 12—25 г/л, периоде аэрации 3—5 ч объемная окислительная мощность фильтротенка составляет 10—12 кг БПКполн/(м3«сутки). Эффект очистки 90%.

В фильтротенке радиального типа зону аэрации выполняют в виде кольцевого резервуара. В центральной части резервуара устраивают зону отстаивания с периферийным впуском осветляемой иловой смеси и центральным сбором осветленной воды. На наружной боковой стенке имеются кольцевой лоток для впуска и распределения поступающей на биологическую очистку сточной воды и кольцевой лоток для впуска и распределения возвратного активного ила, отводимого из зоны отстаивания.

На внутренней боковой стенке, являющейся общей для зон аэрации и отстаивания, располагают фильтровальные насадки с запорной арматурой и системой отводящих патрубков осветленной иловой смеси и трубопроводов для подачи сжатого воздуха. Последний подается для обратной продувки в целях восстановления рабочих свойств фильтровальных насадок.

Осветление концентрированной иловой смеси, поступающей в зону отстаивания из зоны аэрации, производится при помощи сетчатой фильтровальной перегородки, попеременно работающей в режимах фильтрования и обратной продувки сжатым воздухом. Основные параметры фильтротенка зависят от дозы активного ила, гидродинамических условий в зонах аэрации и отстаивания и технологических свойств активного ила, определяемых биохимической структурой и степенью окисления загрязнений.

Фильтротенк в настоящее время применяется для очистки производственных сточных вод как экспериментальное сооружение.

В отечественной практике и за рубежом (Япония, ФРГ, США) распространение получили биологические сооружения для глубокой очистки производственных сточных вод типа «Биодиск». Принцип работы этих сооружений заключается в том, что на поверхностях медленно вращающихся дисков, обтянутых поролоном или изготовленных из специального материала, которые находятся внутри очищаемого стока, культивируют специфическую микрофлору, обладающую высокой способностью к глубокому изъятию органических и минеральных загрязнений. Биологический процесс происходит в аэробных условиях, и кислород, необходимый для процесса окисления, изымается микроорганизмами из воздуха при выходе диска с влажной биопленкой из сточной воды.

Биологическая пленка ровным слоем покрывает всю рабочую поверхность дисков с двух сторон. Толщина ее при установившемся режиме работы не превышает 4—5 мм, пространство между дисками (1,5—2 см) не зарастает и приток воздуха ко всей поверхности биопленок остается не-лимитированным.

По мере накопления адсорбированных и окисленных веществ на поверхностях диска биопленка под тяжестью собственной массы опадает в сточную воду и выносится в отстойник. На месте опавшей биопленки через некоторое время нарастает новая. Зарастание пор материала дисков биопленки не наблюдается.

Материал дисков должен быть легким, прочным, стойким к вредному воздействию сточной воды. Применяются диски толщиной 20 мм из жесткого пенопласта ПС-4-40 и диски толщиной 2,5 мм из экструзионно-го винипласта или из алюминия.

Принципиальная схема установки биодиска для аэробной очистки производственных сточных вод предприятий пищевой промышленности, разработанная в Одесском инженерно-строительном институте, представлена на  5.54.

Круглые вертикальные диски 3 укреплены на валу на расстоянии 20 мм один от другого и почти наполовину погружены в лоток 2, по которому протекает сточная вода. Между днищем и дисками лотка имеется пространство не более 20—50 мм во избежание проскока сточной воды вне дисков. Диски медленно вращаются (10—20 м/мин). Электроприводом служит двигатель-редуктор 7. С биодиском сблокирован отстойник 5. Сооружение имеет камеры впуска сточной воды 1 и выпуска очищенной воды 6.

Основным расчетным параметром биодиска является нагрузка по БПКполн на 1 м2 площади дисков в сутки, зависящая от требуемой степени очистки. Оптимальная нагрузка составляет от 150 до 250 г/(м2-сутки).

Для полной биологической очистки сточных вод дрожжевого производства с применением биодисков целесообразно применять двухступенчатую схему очистки.

Биологическая очистка высококонцентрированных производственных сточных вод в анаэробных условиях с доочисткой аэробным окислением

При высоких концентрациях органических загрязнений в производственных сточных водах (БПКлолн=6...30 г/л) очистка обычных сооружений биологической очистки при аэробных условиях становится экономически неприемлемой, так как необходимо производить предварительное снижение БПК этих вод путем разбавления до допустимых пределов по БПКполн=1 000 мг/л, что вызывает увеличение объемов очистных сооружений и, следовательно, дополнительные затраты на их строительство.

Снижение БПК высококонцентрированных производственных сточных вод целесообразно осуществлять путем анаэробного сбраживания в метаитенках таких же типов и конструкций, как для сбраживания осадков сточных вод.

Для того чтобы можно было надежно очищать концентрированные сточные воды, содержащие углеводы в количестве 10 г/л и выше, в ЧССР на основании изучения последовательности микробиальных процессов разработан новый метод метанового брожения в двух и более физиологических ступенях, в которых для бактерий отдельных фаз, в особенности для бактерий метановых, сохраняют оптимальные условия.

Принцип этого метода состоит в том, что метановое брожение происходит в двух или нескольких отдельных резервуарах (в зависимости от состава сточных вод). В первом резервуаре создаются условия, благоприятные для гидролиза высокомолекулярных органических соединений и образования летучих органических кислот, и таким образом существенно сокращается продолжительность образования летучих кислот. Во втором резервуаре со специфическим составом активных форм метановых бактерий происходит обработка сточных вод, в которых уже прошла первая фаза брожения, т. е. образовались летучие кислоты и рН стало равным 7,2. В результате здесь сохраняются оптимальные условия и для второго типа микробиального сообщества и весь процесс благодаря этому значительно ускоряется.

Этот способ сбраживания сточных вод в двух физиологических ступенях отличается постоянством и в том случае, если концентрация сточных вод колеблется.

Эффективность этого метода очистки по всем показателям достигает 80%, концентрация органических загрязнений снижается в 10—20 раз. Высокая концентрация органических веществ обусловливает образование большого количества газа, который используется для подогревания метантенков до оптимальной для жизнедеятельности мезофильных бактерий температуры 35—37° С. На установках средней производительности полученного таким образом тепла хватает на подогрев метантенков; добавлять тепло приходится только в исключительных случаях (в начале работы установки).

Анаэробная обработка применима при очистке сточных вод предприятий пищевой промышленности (пивоваренных, дрожжевых, сахарных, винокуренных, консервных заводов и мясокомбинатов), предприятий фармацевтической промышленности, в частности фабрик, изготовляющих пенициллин и оптимицин, а также фабрик первичной обработки шерсти, заводов синтетических жирных кислот, производства капролактама; этим способом можно очищать сильноконцентрированные сточные воды, содержащие синтетические поверхностно-активные вещества. Сбраживанию, как правило, целесообразно подвергать только наиболее концентрированную часть сточных вод (от отдельных производственных процессов), а не общий сток предприятия.

Большая доля снижения концентрации органического вещества за сравнительно короткое время объясняется как деятельностью микроорганизмов, так и адсорбцией, аналогичной биофлокуляции. Очистка не заканчивается в метантенке и продолжается после него в отстойнике.

Технологическая схема очистки высококонцентрированных производственных сточных вод в анаэробных условиях ( 5.55) предусматривает следующие процессы перед поступлением высококонцентрированных сточных вод в метантенки:

1.         Механическую обработку (необходимо извлечение наиболее крупных загрязнений на решетках и в песколовках).

2.         Выравнивание состава сточных вод в отстойниках или специальных усреднителях; сюда же в пусковой период подается необходимое количество реагента с тем, чтобы величина рН смеси не выходила за пределы 7,5—8; в дальнейшем при нормальном ходе брожения нет необходимости применять реагенты для нейтрализации.

3.         Подогревание подаваемой в метантенки смеси до температуры 35° С.

4.         Сбраживание в метантенках I и II ступени с рециркуляцией осадка.

При этом должны быть обеспечены:

равномерная в течение суток подача сточных вод в обе ступени метантенков;

поддержание уровня сточных вод в метантенках ниже низа горловины на 0,5 м;

объем метантенков второй ступени, равный 50% объема первой ступени;

возврат активного анаэробного ила из второй ступени метантенков в первую в количестве 30% подаваемых сточных вод;

подача сточных вод и возвратного ила в первую ступень метантенка— в верхнюю часть метантенка, во вторую ступень— в нижнюю часть;

отвод сточных вод из первой ступени метантенков снизу, из второй ступени — сверху;

интенсивность перемешивания в первой ступени метантенков — 6 м3/(м2-ч)   (при рециркуляции образующегося газа);

после метантенков второй ступени дегазация сброженных сточных вод в аппаратах с насадкой из колец Рашига или барботажного типа под вакуумом 5—6 кПа, оборудованных серией тарелок для разбрызгивания, или в смесителе с механической мешалкой, рассчитанном на 10-минутное пребывание сточных вод;

отстаивание сточных вод после дегазации в течение 2 ч.

Для передачи сточной воды из одного сооружения в другое следует устраивать железобетонные лотки, доступные для прочистки.

После очистки высококонцентрированных сточных вод в двухступенчатых метантенках можно получить БПКполн сброженной сточной воды: 1000 мг/л — при БПКполн исходной воды 10 000 мг/л и 2000 мг/л при БПКполн исходной воды более 10 000 мг/л. Выход газа при сбраживании на 1 кг снижения БПКполн составляет 0,5—0,6 м3.

Доочистка сточных вод может быть осуществлена путем аэробного окисления в одну ступень на аэротенках-смесителях с регенераторами. Объем регенераторов принимается равным 30% объема аэротенка. Продолжительность отстаивания во вторичных отстойниках—1,5 часа.

Если доочистка сточных вод после анаэробного сбраживания проектируется в две ступени на аэротенках, то принимаются аэротенки-смеси-тели с регенераторами для I ступени доочистки. Объем регенератора равняется 30% объема аэротенков I ступени. Отстаивание после I ступени должно осуществляться в течение полутора часов.

На II ступени доочистки рекомендуется устанавливать аэротенки-вы-теснители. Продолжительность отстаивания после II ступени должна равняться 2 часам.

Метод анаэробного сбраживания шерстомойных сточных вод применен в СССР на фабрике первичной обработки шерсти в г. Улан-Удэ. Эти воды содержат в составе загрязнений шерстный жир, мыло, различные механические примеси животного и минерального происхождения и растворенные органические и неорганические вещества. Шерстный жир предварительно извлекается из сточных вод флотационно-сепарационным способом в цехе жиродобычи. Этим способом можно выделить из сточных вод до 30% шерстного жира, являющегося ценным продуктом. После извлечения жира шерстомойные сточные воды направляются в первичный отстойник, который служит для выделения осаждающихся взвешенных веществ. Продолжительность отстаивания 2 ч. Одновременно в отстойнике происходит усреднение состава сточных вод. После этого сточная вода подается в I ступень метантенков.

Для создания условий высокой интенсивности сбраживания в ме-тантенке I ступени предусматривается возврат «зрелого» осадка из метантенка II ступени и непрерывное перемешивание содержимого ме-тантенка. Это позволяет отказаться от перемешивания содержимого в метантенках II ступени. В ней происходит дображивание органических веществ и уплотнение зрелого осадка.

После анаэробного сбраживания в двухступенчатых метантенках сточные воды при разбавлении в два раза могут быть доочищены в аэро-тенках или направлены в городскую канализацию для совместной биологической очистки с бытовыми водами на районных очистных сооружениях.

Эффективность процесса анаэробного сбраживания весьма высока и зависит в первую очередь от характера органических загрязнений сточных вод. Так, например, при очистке сточных вод мясокомбинатов начальная БПКполн сточной воды снижается на 95%, а при сбраживании сточных вод от производства картона, содержащих 4—8 г/л органического углерода, эффект очистки не превышает 70%. Нагрузки по БПКполн колеблются от 0,5 до 3,5 кг/(м3-сутки).

Анаэробная очистка концентрированных производственных сточных вод целесообразна во многих случаях. Очистная установка компактна, занимает мало места.

Системы водоснабжения и канализации, электроснабжения и газификации, вентиляция и кондиционирование.

Канализация населенных мест представляет собой систему устройств, предназначенных для приема, отвода и обеззараживания сточных вод. ...