Технология очистки сточных вод в биофильтрах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Биофильтры -- это сооружения, в корпусе которых размещается кусковая насадка (загрузка) и предусмотрены распределительные устройства для сточной воды. В биофильтрах сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытый пленкой из микроорганизмов.

В качестве загрузки используют различные материалы с высокой пористостью, малой плотностью и высокой удельной поверхностью: щебень, гравий, шлак, керамзит, керамические и пластмассовые кольца, кубы, шары, цилиндры, шестигранные блоки, металлические и пластмассовые сетки, скрученные в рулоны.

Глава 1. Биологические фильтры: общая характеристика и классификация

Биологический фильтр -- сооружение, в котором сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой, образованной колониями микроорганизмов. Биофильтр состоит из следующих основных частей:

а) фильтрующей загрузки (тело фильтра) из шлака, гравия, керамзита, щебня, пластмасс, асбестоцемента, помещенной обычно в резервуаре с водопроницаемыми или водонепроницаемыми стенками;

б) водораспределительного устройства, обеспечивающего равномерное с небольшими интервалами орошение сточной водой поверхности загрузки биофильтра;

в) дренажного устройства для удаления профильтровавшейся воды;

г) воздухораспределительного устройства, с помощью которого по ступает необходимый для окислительного процесса воздух.

Процессы окисления, происходящие в биофильтре, аналогичны процессам, происходящим в других сооружениях биологической очистки, и в первую очередь на полях орошения и полях фильтрации. Однако в биофильтре эти процессы протекают значительно интенсивнее.

Проходя через загрузку биофильтра, загрязненная вода оставляет в ней нерастворенные примеси, не осевшие в первичных отстойниках, а также коллоидные и растворенные органические вещества, сорбируемые биологической пленкой. Густо заселяющие биопленку микроорганизмы окисляют органические вещества и отсюда черпают энергию, необходимую для своей жизнедеятельности. Часть органических веществ микроорганизмы используют как пластический материал для увеличения своей массы. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества и в то же время увеличивается масса активной биологической пленки в теле биофильтра. Отработанная и омертвевшая пленка смывается протекающей сточной водой и выносится из тела биофильтра. Необходимый для биохимического процесса кислород воздуха поступает в толщу загрузки путем естественной и искусственной вентиляции фильтра.

Классификация биофильтров

Биофильтры классифицируются по различным признакам.

1. По степени очистки --на биофильтры, работающие на полную и неполную биологическую очистку. Высокопроизводительные биофильтры могут работать на полную или неполную очистку в зависимости от необходимой степени очистки. Малопроизводительные биофильтры работают только на полную очистку.

2. По способу подачи воздуха -- на биофильтры с естественной и искусственной подачей воздуха. Во втором случае они часто носят название аэрофильтров. Наибольшее применение в настоящее время имеют биофильтры с искусственной подачей воздуха.

3. По режиму работы -- на биофильтры, работающие с рециркуляцией и без нее. Если концентрация загрязнений в поступающих на биофильтр сточных водах невысока и они могут быть поданы на биофильтр в таком объеме, который достаточен для самопроизвольной его промывки, то рециркуляция стока не обязательна. При очистке концентрированных сточных вод рециркуляция желательна, а в некоторых случаях обязательна. Рециркуляция позволяет понизить концентрацию сточных вод до необходимой величины, так же как и предварительная их обработка в аэротенках -- на неполную очистку.

4. По технологической схеме -- на биофильтры одноступенчатые и двухступенчатые. Схемы работы одноступенчатых биофильтров с рециркуляцией и без нее приведены на 4.91, а, а двухступенчатых с рециркуляцией -- на 4.91,6. Двухступенчатые биофильтры применяются при неблагоприятных климатических условиях, при отсутствии возможности увеличивать высоту биофильтров и при необходимости более высокой степени очистки.

Иногда предусматривается переключение фильтров, т. е. периодическая эксплуатация каждого из них в качестве фильтра первой и второй ступени.

5. По пропускной способности -- на биофильтры малой пропускной способности (капельные) и большой пропускной способности (высоконагружаемые).

6. По конструктивным особенностям загрузочного материала -- на биофильтры с объемной загрузкой и с плоскостной загрузкой.

Биофильтры с объемной загрузкой можно подразделить на: капельные биофильтры (малой пропускной способности), имеющие крупность фракций загрузочного материала 20--30 мм и высоту слоя загрузки 1--2 м;

высоконагружаемые биофильтры, имеющие крупность загрузочного материала 40--60 мм и высоту слоя загрузки 2--4 м;

биофильтры большой высоты (башенные), имеющие крупность загрузочного материала 60--80 мм и высоту слоя загрузки 8--16 м. Биофильтры с плоскостной загрузкой подразделяются на: биофильтры с жесткой загрузкой в виде колец, обрезков труб и других элементов. В качестве загрузки могут быть использованы керамические, пластмассовые и металлические засыпные элементы. В зависимости от материала загрузки плотность ее составляет 100--600 кг/м8, пористость 70--90%, высота слоя загрузки 1--6 м;

биофильтры с жесткой загрузкой в виде решеток или блоков, собранных из чередующихся плоских и гофрированных листов. Блочные загрузки могут выполняться из различных видов пластмассы (поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, полистирол и др.), а также из асбестоцементных листов. Плотность пластмассовой загрузки 40-- 100 кг/м3, пористость 90--97%, высота слоя загрузки 2--16 м. Плотность асбестоцементной загрузки 200--250 кг/м3, пористость 80--90%, высота слоя загрузки 2--6 м;

биофильтры с мягкой или рулонной загрузкой, выполненной из металлических сеток, пластмассовых пленок, синтетических тканей (нейлон, капрон), которые крепятся на каркасах или укладываются в виде рулонов. Плотность такой загрузки 5--60 кг/м3, пористость 94--99%, высота слоя загрузки 3--8 м.

К биофильтрам с плоскостной загрузкой следует отнести и погружные биофильтры, представляющие собой резервуары, заполненные сточной водой и имеющие днище вогнутой формы. Вдоль резервуара несколько выше уровня сточной воды устанавливается вал с насаженными пластмассовыми, асбестоцементными или металлическими дисками диаметром 0,6--3 м. Расстояние между дисками 10--20 мм, частота вращения вала с дисками 1--40 мин-1.

Плоскостные биофильтры с засыпной и мягкой загрузкой рекомендуется применять при расходах до 10 тыс. м3/сутки, с блочной загрузкой-- до 50 тыс. м3/сутки, погружные биофильтры -- для малых расходов до 500 м3/сутки.

Союзводоканалниипроектом составлен экспериментальный проект биофильтров пропускной способностью 200--1400 м3/сутки с загрузкой из пеностеклянных блоков 375X375 мм, из гофрированных листов полиэтилена размером 500X500 мм типа «сложная волна» ( 4. 92) и асбестоцементных листов размером 974X2000 мм.

Основные типы биофильтров

Капельные биофильтры. В капельном биофильтре ( 4.93) сточная вода подается в виде капель или струй. Естественная вентиляция воздуха происходит через открытую поверхность биофильтра и дренаж. Такие биофильтры имеют низкую нагрузку по воде; обычно она колеблется от 0,5 до 1 м3 воды на 1 м3 фильтра.

Капельные биофильтры рекомендуется применять при расходе сточных вод не более 1000 м3/сутки. Они предназначаются для полной (до БПКго=Ю ...15 мг/л) биологической очистки сточной воды.

Схема работы капельных биофильтров следующая. Сточная вода, осветленная в первичных отстойниках, самотеком (или под напором) поступает в распределительные устройства, из которых периодически напускается на поверхность биофильтра. Вода, профильтровавшаяся через толщу биофильтра, попадает в дренажную систему и далее по сплошному непроницаемому днищу стекает к отводным лоткам, расположенным за пределами биофильтра. Затем вода поступает во вторичные отстойники, в которых выносимая пленка отделяется от очищенной воды.

При нагрузке по загрязнениям больше допустимой поверхность капельных биофильтров быстро заиливается, и работа их резко ухудшается.

Проектируются они круглыми или прямоугольными в плане со сплошными стенками и двойным дном: верхним в виде колосниковой решетки и нижним -- сплошным.

Высота междудонного пространства должна быть не менее 0,6 м для возможности периодического его осмотра. Дренаж биофильтров выполняют из железобетонных плит, уложенных на бетонные опоры. Общая площадь отверстий для пропуска воды в дренажную систему должна составлять не менее 5--8% площади поверхности биофильтров. Во избежание заиливания лотков дренажной системы скорость движения воды в них должна быть не менее 0,6 м/с.

Уклон нижнего днища к сборным лоткам принимается не менее 0,01, продольный уклон сборных лотков (максимально возможный по конструктивным соображениям) -- не менее 0,005.

Стенки биофильтров выполняются из сборного железобетона и возвышаются над поверхностью загрузки на 0,5 м для уменьшения влияния ветра на распределение воды по поверхности фильтра. При наличии дешевого загрузочного материала и свободной территории небольшие биофильтры можно устраивать без стенок; фильтрующий материал в этом случае засыпается под углом естественного откоса. Наилучшими материалами для засыпки биофильтров являются щебень и галька.

Все примененные для загрузки естественные и искусственные материалы должны удовлетворять следующим требованиям: при плотности до 1000 кг/м3 загруженный материал в естественном состоянии должен выдерживать нагрузку на поперечное сечение не менее 0,1 МПа, не менее 10 циклов испытаний на морозостойкость; кипячение в течение 1 ч в 5%-ном растворе соляной кислоты; материал не должен получать заметных повреждений или уменьшаться в весе более чем на 10% первоначальной загрузки биофильтров; загрузка биофильтров по высоте должна быть одинаковой крупности, и только для нижнего поддерживающего слоя высотой 0,2 м следует применять более крупную загрузку (диаметром 60--100 мм).

Высоконагружаемые биофильтры. В начале текущего столетия появились биофильтры, которые у нас в стране получили название аэрофильтры, а за рубежом -- биофильтры высокой нагрузки. Отличительной особенностью этих сооружений является более высокая, чем в обычных капельных биофильтрах, окислительная мощность, что обусловлено незаиляемостью таких фильтров и лучшим обменом воздуха в них. Достигается это благодаря более крупному загрузочному материалу и повышенной в несколько раз нагрузке по воде.

Повышенная скорость движения сточной воды обеспечивает постоянный вынос задержанных трудноокисляемых нерастворенных примесей и отмирающей биопленки. Поступающий в тело биофильтра кислород воздуха расходуется в основном на биологическое окисление части загрязнений, не вынесенных из тела фильтра.

Конструктивными отличиями высоконагружаемых биофильтров являются большая высота слоя загрузки, большая крупность ее зерен и особая конструкция днища и дренажа, обеспечивающая возможность искусственной продувки материала загрузки воздухом.

Междудонное пространство должно быть закрытым, и туда подается вентиляторами воздух. На отводных трубопроводах должны быть предусмотрены гидравлические затворы глубиной 200 мм.

Особенностями эксплуатационного характера являются необходимость орошения всей поверхности биофильтра с возможно малыми перерывами в подаче воды и поддержание повышенной нагрузки по воде на 1 м2 площади поверхности фильтра (в плане). Только при этих условиях обеспечивается промывка фильтров.

Высоконагружаемые биофильтры могут обеспечить любую заданную степень очистки сточных вод, поэтому применяются как для частичной, так и для полной их очистки.

Как показали исследования, в одинаковых условиях (одинаковая высота и крупность загрузки, характер загрязнений, степень очистки сточных вод и т. д.) высоконагружаемые биофильтры по сравнению с капельными имеют большую пропускную способность по объему пропускаемой через них воды, а не по количеству переработанных (окисленных) загрязнений. Повышенная же эффективность этих биофильтров по извлечению из сточных вод загрязняющих веществ достигается при увеличении высоты слоя загрузки, увеличении крупности зерен загрузки и лучшем воздухообмене.

Башенные биофильтры. Эти биофильтры имеют высоту 8--16 м и применяются для очистных станций пропускной способностью до 50 000 м3/сутки при благоприятном рельефе местности и при БПКго очищенной воды 20--25 мг/л. В отечественной практике они распространения не получили.

Расчет биофильтров

Капельные биофильтры. Расчет биофильтров состоит в определении необходимого объема загрузочного материала для очистки сточной воды и размеров элементов водораспределительных устройств, дренажа, лотков для сбора и отведения воды.

Объем фильтрующей загрузки определяют по окислительной мощности ОМ. Под окислительной мощностью понимается масса кислорода, выраженная в граммах БПК, которая может быть получена в сутки с 1 м3 загрузочного материала биофильтра.

Окислительная мощность биофильтра зависит от температуры сточной воды и наружного воздуха, от характера поступающих загрязнений, материала загрузки, способа подачи воздуха и др.

При иной среднегодовой температуре окислительную мощность увеличивают или уменьшают пропорционально отношению фактической температуры к 10° С.

При среднегодовой температуре воздуха до 3° С биофильтры любой пропускной способности размещаются в отапливаемых помещениях с пятикратным воздухообменом в 1 ч; температура в них должна быть на 2° выше температуры сточной воды. В таких же помещениях располагаются биофильтры пропускной способностью до 500 м3/сутки, если среднегодовая температура воздуха 3--6° С. Биофильтры большой пропускной способности в этом случае размещаются в шатрах.

Биофильтры устраивают в виде отдельных секций. Число и размеры секций зависят от способов распределения сточной воды по поверхности, условий их эксплуатации и пр.; число секций должно быть не менее 2 и не более 6--8; все секции должны быть рабочими.

Высоконагружаемые биофильтры. В результате исследований, проведенных АКХ и МИСИ (И. С. Постников, В. В. Безенов и С. В. Яковлев), разработаны достаточно точные методы расчета высоконагружаемых биофильтров.

Высоту биофильтра назначают в зависимости от местных условий и требуемой степени очистки сточных вод. Если очищенная сточная вода должна иметь БПК2о=25... 30 мг/л, высота биофильтра должна быть не менее 2 м, если БПК2о=20 мг/л -- не менее 3 м и при БПК2о= 15 мг/л -- не менее 4 м.

Приведенный метод имеет серьезные недостатки: высота биофильтра может назначаться в пределах от 2 до 4 м; отсутствует возможность проанализировать работу действующих биофильтров и рассчитать биофильтр на любую заданную степень очистки и пр.

Более точным является метод, предложенный проф. С. В. Яковлевым. Он дает возможность рассчитать биофильтр на любую пропускную способность и степень очистки.

Как известно, одновременно с процессом изъятия из сточных вод загрязняющих их веществ в теле биофильтров идет процесс окисления этих веществ. При этом, естественно, окисление идет значительно медленнее, чем изъятие загрязнений.

На основании анализа каждого процесса проф. С. В. Яковлевым предложены уравнения, характеризующие зависимость между основными факторами, обусловливающими работу биофильтров, и рекомендован графоаналитический метод расчета биофильтров.

Вентиляция биофильтров

Естественная вентиляция в биофильтрах происходит вследствие разницы температур наружного воздуха и тела биофильтра.

Основная масса воздуха поступает в тело биофильтра через междудонное пространство и сверху вместе с водой по мере ее движения в фильтре. Если температура сточных вод выше температуры воздуха, то устанавливается восходящий (от дренажа к поверхности) поток воздуха, при обратном соотношении -- нисходящий; при равенстве температур вентиляция может совсем прекратиться. Интенсивность вентиляции биофильтров зависит также от высоты слоя фильтрующей загрузки, размеров ее зерен и высоты междудонного пространства. Чем мельче загрузка, тем хуже условия вентиляции.

Исследования, проведенные Н. А. Базякиной, показали, что объем кислорода воздуха, используемого в биофильтрах, как и в других сооружениях биологической очистки, не превышает 7--8%.

Температура внутри биофильтра не должна быть ниже 6° С, иначе окислительный процесс практически прекращается.

В установках большой и средней пропускной способности необходимая температура поддерживается вследствие постоянного притока сточных вод, температура которых почти всегда выше 8° С. Поэтому такие фильтры обычно не требуют утепления. Небольшие фильтры, как уже отмечалось, приходится размещать в утепленных помещениях во избежание их переохлаждения, особенно в ночное время, когда приток сточной воды уменьшается.

Распределение сточных вод по биофильтрам

Надежная работа биофильтра может быть достигнута только при равномерном орошении водой его поверхности. Орошение производится распределительными устройствами, которые подразделяются на две основные группы: неподвижные и подвижные.

К неподвижным распределителям относятся дырчатые желоба или трубы и разбрызгиватели (спринклеры), к подвижным -- качающиеся желоба, движущиеся наливные колеса и вращающиеся реактивные распределители (оросители).

В отечественной и зарубежной практике наибольшее распространение получили спринклерное орошение и орошение при помощи подвижных оросителей.

Спринклерное орошение. Спринклерная система состоит из дозирующего бака, разводящей сети и спринклеров.

Спринклеры (спринклерные головки) -- специальные насадки, надетые на концы стояков, которые ответвляются от водораспределительных труб, уложенных на поверхности или в теле биофильтра. Отверстия спринклерных головок невелики -- обычно 19, 22 и 25 мм. Во избежание коррозии спринклеры изготовляют из бронзы или из латуни.

Достоинством головки этого типа является, то, что опора, к которой прикреплен отражательный обратный конус, находится в стороне от движущейся струи и не мешает ее действию.

Дозирующий бак автоматически подает воду в спринклерную сеть под постоянным напором. Продолжительность опорожнения бака (период орошения), зависящая в основном от вместимости бака и размеров выпускаемой трубы, всегда одинакова; продолжительность же наполнения бака зависит только от притока сточных вод, который колеблется в течение суток. Поэтому орошение биофильтра производится периодически, через неровные по продолжительности интервалы. Во избежание сильного охлаждения необогреваемых биофильтров интервал между орошением не должен превышать 5--8 мин.

При большой площади биофильтры разделяются на секции с самостоятельными распределительными сетями и отдельными дозирующими баками.

В отечественной практике наибольшее распространение получил дозирующий бак с сифоном ( 4. 97). Преимущество его перед другими состоит в том, что он совершенно не имеет движущихся частей.

Выпускная труба из дозирующего бака представляет собой сифон, верхний срез которого возвышается над дном бака. Внутри дозирующего бака расположен опрокинутый стакан, установленный на подставках и не доходящий до дна бака. К стакану в верхней его части присоединены две трубки: одна из них -- воздушная трубка -- заканчивается открытым концом в баке, другая трубка, представляющая собой вентиляционный затвор, или регулятор напора, заканчивается открытым концом, выведенным выше максимального уровня воды в баке. Кроме того, регулятор напора присоединен патрубком к главной выпускной трубе. В верхней части бака имеется переливная труба, диаметр которой принимается в соответствии с притоком воды в бак.

Действие автоматического сифона заключается в следующем. Вначале вода в баке стоит на низшем уровне А, соответствующем нижнему колену воздушной трубки. В сифоне вода в это время стоит на уровне Б выходного отверстия спринклеров; регулятор напора заполнен водой до уровня Вь на котором он присоединен к стакану. По мере поступления воды горизонт ее в баке повышается, причем давление под стаканом и в отводной трубе остается равным атмосферному до тех пор, пока уровень ее не дойдет до отверстия воздушной трубки. После этого выход воздуха из-под стакана прекращается и воздудшое давление в нем по мере заполнения бака начинает возрастать.

Когда горизонт воды в баке достигнет наивысшего уровня, а горизонт воды под стаканом достигнет верхнего края отводной трубы, уровень воды в регуляторе напора упадет до нижнего его колена В2, а в главном сифоне -- до уровня Б2> также почти у нижнего колена. При этом давление воздуха под стаканом, в главной трубе сифона и в регуляторе напора будет равно высоте столба воды /гИзб. В следующий момент гидравлический затвор в регуляторе напора прорвется, давление под стаканом упадет до атмосферного, вследствие чего вода из бака устремится в главную трубу и будет вытекать из нее до тех пор, пока горизонт в баке не упадет до уровня А нижнего колена воздушной трубки. Как только через нее воздух проникнет под стакан, действие сифона приостановится, причем колено регулятора напора, засасывающего во время действия сифона воду из главной отводной трубы, останется заполненным водой.

Для регулирования наивысшего уровня воды в баке, при котором начинают действовать сифоны, верхнюю часть регулятора напора делают подвижной на сальниках; поднимая или опуская переливной патрубок регулятора напора, можно установить начало действия сифона как раз в тот момент, когда уровень воды под стаканом дойдет до края выпускной трубы. Отводную трубу от бака можно устраивать с гидравлическим затвором и без него. Диаметр сифона равен диаметру разводящей трубы. Внутренний диаметр колокола принимают равным двум диаметрам трубы сифона, но он может быть и больше.

По мере вытекания воды из бака радиус действия спринклера, зависящий от напора, постепенно уменьшается и таким образом орошается вся площадь круга вокруг спринклера. Для более равномерного распределения воды по орошаемой площади дозирующему баку придают такую форму, при которой площадь его горизонтальных сечений на различных уровнях пропорциональна расходу воды из бака в данный момент. Этому требованию с достаточным приближением удовлетворяет форма опрокинутой усеченной пирамиды. Площадь нижнего ее сечения назначают в зависимости от размера выходной трубы; площадь верхнего сечения (соответствующего уровню воды при максимальном напоре) определяется из указанного соотношения.

Расчет водораспределительной системы сводится к определению расхода воды из каждого разбрызгивателя (спринклера), определению необходимого их числа, диаметра разводящей сети, емкости и времени работы дозирующего бака.

Распределительную сеть укладывают или на специальные столбы, или прямо на фильтрующую загрузку на глубине 0,7--0,8 м от поверхности биофильтра. Сеть укладывают с уклоном с тем, чтобы ее можно было опорожнить в случае необходимости. В конце каждой трубы целесообразно иметь пробку, через которую можно было бы промыть трубопровод чистой водой. Спринклерные головки устанавливают обычно на 0,15 м выше поверхности загрузки фильтра.

Реактивные вращающиеся водораспределители (оросители). Вращающийся ороситель состоит из двух или четырех дырчатых труб, консольно закрепленных на общем стояке ( 4.100).

Вода из распределительной камеры поступает под некоторым напором в стояк, установленный на шариковых подшипниках; стояк может свободно вращаться вокруг своей вертикальной оси. Из стояка вода поступает в радиально расположенные трубы и через отверстия в них выливается на поверхность биофильтра. Под действием реактивной силы, возникающей при истечении воды из отверстий, распределитель вращается.

Такие реактивные оросители получили большое распространение за рубежом (в Англии, ФРГ и Чехословакии) и вполне себя оправдали. У нас они применяются на очистных станциях во многих городах (Харькове, Славянске, Шереметьеве, Владимире и др.)

Для приведения в действие реактивного оросителя необходим сравнительно небольшой напор (0,2--1 м), что является одним из достоинств этого устройства. Кроме того, при реактивных оросителях отпадает необходимость в устройстве дозаторов.

Диаметр отверстий в радиально расположенных трубах обычно колеблется от 10 до 15 мм; расстояние между отверстиями увеличивается от периферии к центру, что обеспечивает более равномерное орошение биофильтра.

Глава 2. Очистка в биофильтрах

Биофильтры -- это сооружения, в корпусе которых размещается кусковая насадка (загрузка) и предусмотрены распределительные устройства для сточной воды. В биофильтрах сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытый пленкой из микроорганизмов.

В качестве загрузки используют различные материалы с высокой пористостью, малой плотностью и высокой удельной поверхностью: щебень, гравий, шлак, керамзит, керамические и пластмассовые кольца, кубы, шары, цилиндры, шестигранные блоки, металлические и пластмассовые сетки, скрученные в рулоны.

Биофильтры делят на: работающие с полной и неполной биологической очисткой; с естественной и искусственной подачей воздуха; с рециркуляцией и без рециркуляции сточных вод; одноступенчатые и двухступенчатые, капельные и высоконагружаемые.

Двухступенчатые биофильтры применяются в том случае, когда невозможно увеличивать высоту биофильтра для достижения высокой степени очистки.

Биофильтры с капельной фильтрацией имеют низкую производительность, но обеспечивают полную очистку. Гидравлическая нагрузка их равна 0,5-3 м3/(м2-сут). Их используют для очистки вод до 1 ООО м3/сут при БПК не более 200 мг/л. Высоконагружаемые биофильтры работают при гидравлической нагрузке 10-30 м3/(м2сут), т.е. очищают в 10-15 раз больше сточной воды, чем капельные. Однако они не обеспечивают полную биологическую очистку.

Для лучшего растворения кислорода производят аэрацию. Объем воздуха, подаваемого в биофильтр, не превышает 16 м3 на 1 м3 сточной воды. При БПК 300 мг/л обязательна рециркуляция очищенной воды.

Башенные биофильтры применяют для очистных сооружений производительностью до 5000 м3/сут. Погружные или дисковые биофильтры работают при расходах до 500 м3/сут. Они представляют собой резервуар, в котором имеется вращающийся вал с насаженными на нем дисками. Уровень сточной воды в резервуаре устанавливают на 2-3 см ниже горизонтального вала. Размер дисков 0,6-3 м, а расстояние между ними 10-20 мм. Диски могут быть металлические, пластмассовые и асбестоцементные. Вал вращается со скоростью 1-40 об/мин.

Биотенк-биофильтр (рис. 5.72) заключен в корпус с расположенными в шахматном порядке элементами загрузки, которые представляют собой полуцилиндры диаметром 80 мм. Сточная вода поступает сверху, наполняя элементы загрузки, и через края стекает вниз. На наружных поверхностях элементов образуется биопленка, а в элементах -- биомасса, напоминающая активный ил. Насыщение воды кислородом происходит при движении жидкости. биологический фильтр аэрация сточный

Применение кислорода для аэрации сточных вод

При пневматической аэрации вместо воздуха начинают использовать технический кислород. Иногда этот процесс называют "биоосаждением". Его проводят в закрытых аппаратах, которые называются окситенками.



Разработано несколько конструкций окситенков. На практике применяют окситенки двух типов: 1) комбинированные, работающие по принципу реактора-смесителя; 2) секционные окситенки-вытеснители с отдельным вторичным отстойником. Схема секционного окситенка показана на рис. 5.73. Окситенк представляет собой герметически перекрытый прямоугольный резервуар, разделенный перегородками с отверстиями на 4-6 секций. Верхнее отверстие перегородки служит для прохода газа, нижнее -- для прохода иловой смеси. Сточная вода, циркуляционный ил, кислород входят в первую секцию.

Среднюю продолжительность пребывания сточных вод в окситенке определяют по формуле:

т = (1а-1)/[/:02/:и(1-5>р], (5.34)

где КQi и Ки -- коэффициенты, учитывающие влияние соответственно концентрации растворенного кислорода и дозы активного ила; Sn -- зольность ила, доли единицы; а -- доза активного ила, г/л; р -- удельная скорость окисления, мг; ВПК юлн на 1 г беззольного вещества или за 1ч.

В зависимости от состава очищаемых сточных вод в окситенках оптимальная концентрация кислорода в воде составляет 10-12 мг/л, а доза ила -- 7-10 г/л.

Бытовые сточные воды поступают в усреднитель, а затем в отстойник. После осветления воду направляют в смеситель, где смешивают с производственной сточной водой, поступающей из отстойника. Далее смесь бытовых и промышленных вод поступает в аэротенк. После отделения активного ила во вторичном отстойнике, сточные воды обезвреживают хлором, затем сбрасывают в водоем или направляют для использования в производстве.

Осадок из отстойников поступает в метантенки. Выделяемый в процессе сбраживания газ из метантенков направляют на сжигание в котельню.

Глава 3. Аппаратурное оформление

3.1 Биофильтр «Гринвей»

Биофильтр «Гринвей» может конструироваться с одноступенчатым септиком и в виде самостоятельного сооружения после двухступенчатого септика. На рис. 4.4 показан одноступенчатый септик с биофильтром. В нижней части биофильтра установлена ткань «Водоросль». Полиамидная ткань защищает входные отверстия на картридже биофильтра от заиливания. В картридже размещается фильтрующая загрузка. Материал и диаметр загрузки назначается по аналогии с капельным биофильтром. Можно использовать фильтрующие материалы из искусственных материалов. После септика и биофильтра эффект очистки соответствует сооружениям полной биологической очистки. При использовании двухступенчатого септика с отдельно расположенным биофильтром отмечается глубокая очистка сточных вод. Показатели загрязнений сточных вод приведены в табл. 5.6. 

Рис. 5.4. Комплексное очистное сооружение «Осина»: 1, 11 - асбестоцементные трубы; 2 - пенопласт; 3 - лабиринт; 4 - пригруз; 5, 7 - полиэтиленовые трубы; 6 - перегородки; 8 - отверстие; 9 - железобетонный корпус; 10 - загрузка

Сооружение «Осина»

У сооружения «Осина» биофильтр является составной частью. Сооружение разработано в Европе и нашло применение в России. Конструкция выполнена из железобетона и состоит из двухсекционного анаэробного сооружения и биофильтра с керамзитовой загрузкой. Анаэробная очистка протекает без доступа кислорода. Подача сточной воды осуществляется под уровень воды. Первая ступень анаэробной очистки отделяется от второй перегородкой. В центре перегородки выполнено отверстие, через которое очищенная вода поступает на вторую ступень анаэробной очистки. На поверхности анаэробных сооружений формируется корка из всплывающих загрязнений, выносимых газами. Между второй септической камерой и биофильтром установлен сифон. Вода через сифон поступает на биофильтр. В биофильтре над загрузкой размещается сетка, которая препятствует всплытию керамзита. В нижней части биофильтра размещается дренаж, а выше - поддерживающий слой и далее - загрузка. Производительность установки - 800 литров в сутки. Площадь сооружения равна 2,5 м2. Установка размещается ниже и выше уровня земли. На рис. 5.4 приведена схема сооружения очистки «Осина». В табл. 5.7 приведены показатели качества очистки сточных вод.

Установка «Осина» может быть использована при последующей доочистке на полях подземной или поверхностной очистки сточных вод, но при соответствующем экологическом обосновании. Ожидать эффективной работы установки в зимний период невозможно из-за понижения температуры воды вследствие промерзания грунта. Данное сооружение нуждается в регулярном обслуживании. Авторы предлагают выгрузку осадка и замену биофильтра осуществлять один раз в 3 года, а это будет зависеть от условий эксплуатации.

3.2 Очистные сооружения «Биодиск»

Очистные сооружения «Биодиск» разработаны для численности населения 100, 350 и 1000 человек [4]. Производительность станции очистки составляет 20, 70 и 200 м3/сут. Станция очистки располагается в утепленных укрытиях на поверхности земли. Сточная вода от жилой застройки поступает в подземную насосную станцию, где очищается от грубых загрязнений на решетке-контейнере. Вода погружными насосами подается в приемную камеру и далее - на тангенциальные песколовки, где происходит очистка от песка. Песколовки назначаются, если производительность станции превышает 100 м3 в сутки. Из песколовки сточные воды самотеком поступают в септик. Септик рассчитан на пребывание воды в течение 12…24 часов. В септике происходит очистка сточных вод от взвешенных веществ, органических и азотных загрязнений, фосфатов и СПАВ. Из септика очищенная вода через отверстия в нижней части корыта подается на «Биодиск», разделенный на пять или семь дисковых барабанов. Количество барабанов зависит от производительности станции очистки. Движение жидкости происходит поступательно, и сооружение работает как вытеснитель. Биопленка на барабанах размножается и отмирает. Отмирающая биопленка с очищенной водой выносится во вторичный отстойник. Во вторичном отстойнике биопленка оседает и периодически перекачивается с помощью погружного насоса в септик. Для удаления фосфора во вторичный отстойник вводят реагенты. Этот же насос используется во вторичном отстойнике и для рециркуляции очищенных стоков. Рециркуляция воды снижает концентрацию загрязнений, поступающих на установку «Биодиск», позволяет регулировать ее качество и подвергает денитрификации нитраты. В дневное и ночное время рециркуляция обеспечивает непрерывную работу очистных сооружений. Для доочистки сточных вод применяется биореактор, загруженный ершами. Подача воздуха к ершам осуществляется эжектором. В эжектор сточные воды подаются погружным насосом, который установлен в емкости биореактора. Регенерация ершей осуществляется интенсивной подачей воздуха. Загрязнения, формируемые в биореакторе, перекачиваются погружным насосом в септик. Очищенная вода обеззараживается на установке УФ-облучения и сбрасывается в водоем. Осадок из септика удаляется периодически один раз в 6…12 месяцев в илоупнотнитель. Вода из илоуплотнителя возвращается в септик, а осадок подогревается до температуры 70 °С, что обеспечивает разрушения яиц гельминтов и частичное удаление патогенной микрофлоры. Обработанный осадок может храниться на иловых площадках или вывозиться на свалку.

Объединение на установке «Биодиск» септика, дискового биофильтра и вторичного отстойника не является оптимальным, так как нарушается гидравлическая схема работы дисковых биофильтров малой производительности, что приводит к нарушению очистки. Работа септика зависит от расхода и концентраций загрязнений сточных вод, количества рециркулируемой воды и воздействия на воду продуктов перегнивания.

3.3 Затопленные биофильтры

Двухступенчатый затопленный биофильтр ФЗД представляет собой две ступени безнапорных фильтров, загруженных различными зернистыми загрузками.

Первая ступень биофильтра ФЗД работает в режиме затопленного биофильтра. Высота керамзитовой недробленой загрузки (диаметр загрузки 2-10 мм) составляет 2,2 м. Снизу через водяную дренажную дырчатую распределительную систему подается сточная вода, а через воздушную - воздух для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов. Воздух подается на биофильтр ФЗД от воздуходувки в количестве З м3 на 1 м3 сточных вод. Фильтруясь снизу вверх через керамзитовую загрузку с нарощенной на ней биопленкой, частично очищенные сточные воды, отражаясь от струенаправляющего устройства, через водослив переливаются в открытый гидравлический канал, соединяющий первую ступень биофильтра ФЗД со второй ступенью. Затем очищаемая жидкость по распределительному желобу, один конец которого врезан в открытый гидравлический канал, поступает на биофильтр второй ступени фильтра ФЗД, который в зависимости от вида сточных вод и требуемой глубины очистки может загружаться различными фильтрующими материалами: керамзитом, цеолитизированным туфом, активированным углем или другими фильтрующими материалами. Высота загрузки второй ступени биофильтра ФЗД - 1 м, диаметр загрузки может изменяться в широких пределах: от 0,63 до 5 мм в зависимости от требуемой степени очистки, направление фильтрации - сверху вниз. Отвод очищенной воды с биофильтра второй ступени ФЗД производится через сифон для поддержания минимального уровня воды в начале фильтроцикла. Перед второй ступенью можно вводить окислитель: хлор, озон и др. Если перед второй ступенью фильтра ФЗД окислитель не вводится, вторая ступень работает в режиме затопленного биофильтра.

Обратная водовоздушная промывка осуществляется поэтапно: на первом - продувка воздухом интенсивностью 5-7 л/(с·м2) в течение 2-3 мин, на втором - совместная подача воздуха (той же интенсивностью) и воды (интенсивностью 5-6 л/(с·м2) в течение 5 мин, на третьем - промывка интенсивностью 14-16 л/(с·м2) в течение 5 мин, для этого используется очищенная вода, хранящаяся в специальном резевуаре. Грязная вода собирается в отдельной емкости, оборудованной простейшей системой аэрации для поддержания биопленки во взвешенном состоянии. Равномерная подача промывных вод из резервуара в «голову» очистных сооружений способствует повышению эффекта отстаивания на 20-30 %. Образующийся осадок (0,2-0,4 % от объема обрабатываемой воды) представляет собой смесь сырого осадка и биопленки в соотношении примерно 4:1.

Биофильтр ФЗД (табл. 5.8) по сравнению с биофильтром «оксипор» позволяет использовать различные виды загрузок на первой и второй ступенях с различными диаметрами, применять различные виды окислителей перед второй ступенью.

Рис. 2. Затопленный безнапорный биофильтр: 1 - первая ступень биофильтра, 2 - вторая ступень биофильтра; 3 - камера; 4 - водослив; 5 - струенаправляющее устройство; 6 - распределительные желоба; 7 - трубчатый дренаж; 8 - сборный дренаж осветленной воды второй ступени; 9 - воздушный трубчатый дренаж

Затопленные биофильтры могут быть использованы при соответствующем обосновании.

3.4 Биофильтры Matala

Выпускаются шесть плотностных разновидностей материалов «Matala®» как в форме плоских листов, так и в рулонах («R-Matala®»), причем четыре из этих разновидностей предназначены для садоводства и разведения декоративных пород карпов.

По существу, такие плотностные разновидности разрабатывались для их использования в качестве комбинированных материалов по принципу «прогрессивной фильтрации«; ниже приведены увеличенные изображения этих четырех разновидностей.

В случае использования для фильтрации воды в садоводстве в отстойных или отсадочных баках более приемлемы разновидности материала «Matala®» с низкой плотностью, а для биофильтров лучше подходят другие плотностные разновидности материала «Matala®».

Данные четыре плотностные разновидности материала «Matala®» обладают особой поверхностью фильтрующего материала представлена полипропиленовыми волокнами, имеющими определенную форму и объединенными в матрицу с превосходным трехмерным распределением.

 

В результате, этот фильтрующий материал обладает очень большим «свободным объемом» - до 94% (у керамзита или гравия - лишь 30%), так что вода может течь по материалу очень равномерно, без завихрений и колебаний плотности потока.

Поскольку фильтрующий материал «Matala®» более стойкий, он обладает некоторыми особыми преимуществами при установке и очистке: При установке «Matala®» в фильтры не требуются сетки для дополнительной поддержки.

Резка материала очень проста. Можно использовать большой кухонный нож без зубцов или кольцевую пилу для резки на месте.

Для большого объема работ рекомендуем использовать нагретый нож, дисковую камнерезную пилу или ленточную пилу.

Очистка материала - работа стала существенно чище и выполняется гораздо проще и быстрее, чем очистка других губок. Вымойте на месте или сполосните грязь с материала «Matala®» путем простого опускания и поднятия его из воды.

Если материал засорен слишком большим количеством твердой взвеси или водорослей, их можно удалить струей из шланга.

В фильтрационном материале «Matala®» в складках и местах соединения волокон созданы многочисленные поровые пространства. При прохождении этих пространств водный поток замедляется, образуя идеальную среду для первичного прикрепления и роста нитрифицирующих бактерий, формирующих тонкую биопленку.

Если различные разновидности материала «Matala®» установить последовательно, то взвешенные частицы и бактериальные хлопья будут очень легко захватываться без образования засоров и анаэробных зон.

При использовании метода последовательной фильтрации материал «Matala®» можно устанавливать в многокамерных фильтрах в качестве «уплотняющего» агента. Можно заполнять и эффективно использовать всю площадь или диаметр фильтрационных камер. В системах с картриджами в виде сот следует устанавливать другие типы фильтрационного материала во избежание засорения и блокировки фильтра.

В результате при одинаковых условиях эксплуатации фильтры с материалом «Matala®» обладают большей производительностью и эффективностью по сравнению с фильтрами, в которых используются другие материалы.

Заключение

Биофильтры с капельной фильтрацией имеют низкую производительность, но обеспечивают полную очистку. Гидравлическая нагрузка их равна 0,5-3 м3/(м2-сут). Их используют для очистки вод до 1 ООО м3/сут при БПК не более 200 мг/л. Высоконагружаемые биофильтры работают при гидравлической нагрузке 10-30 м3/(м2сут), т.е. очищают в 10-15 раз больше сточной воды, чем капельные. Однако они не обеспечивают полную биологическую очистку.

Для лучшего растворения кислорода производят аэрацию. Объем воздуха, подаваемого в биофильтр, не превышает 16 м3 на 1 м3 сточной воды. При БПК 300 мг/л обязательна рециркуляция очищенной воды.

Список использованных источников

1. Архипченко И.А., Орлова О.В., Лихачев Ю.М., Федашко М.Я. Получение высококачественных биокомпостов // Экология и промышленность России, июль 2000, с.16.

2. Багрянцев Г.И., Малахов В.М., Черников В.Е. Термическое обезвреживание и переработка промышленных отходов и бытового мусора // Экология и промышленность, март 2001 г.

3. Бикбау М.Я. Новые подходы к переработке ТБО // Экологический вестник России, декабрь 2006 г.

4. Вайсман Я.И., Рудакова Л.В., Нурисламов Г.Р. Использование биотуннелей в технологии компостирования биологических отходов // Экология и промышленность, июнь 2001 г.

5. Галицкая И.В. Экологические проблемы обращения и утилизации бытовых и промышленных отходов // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология, 2005, № 2, с. 144-147.

6. Марьин В.К., Кузнецов Ю.С., Белоусов В.В., Калашников Д.В. Технологические основы переработки отходов: Учебное пособие. - Пенза: ПГУАС, 2004. - 204с.

7. Пальгунов П.П., Сумароков М.В. Утилизация промышленных отходов. - М.: Стройиздат, 1990. - 352 с.

8. Семенов В.Н. Современный комплекс для переработки бытовых и промышленных отходов // Технология машиностроения, 2005, № 1.

9. Сметанин В.И. Защита окружающей среды от отходов производства и потребления. - М.: КолосС, 2003. - 230с.

10. Спасибожко В.В. Основы безотходной технологии: Учебное пособие. - 2-е изд. - Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2001. - 132с.

11. Федеральный закон 89 - ФЗ «Об отходах производства и потребления» от 24.06.98. (Собрание законодательства, 1998, №26)

Размещено на Allbest.ru