Сооружения для очистки сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра СЭВО

Отчет

По строительно - изыскательной практике на очистных сооружениях

Содержание

отстойник очистка сточный вода

Введение

1. Примеси в воде

1.1 Примеси в твердом и коллоидном состоянии

1.2 Прозрачность воды

1.3 Мутность

1.4 Взвешенные вещества

1.5 Сухой и плотный остатки

2. Описание основных звеньев очистки сточных вод

2.1 Песколовки

2.2 Анализируемые показатели и оценка эффективности работы

2.3 Нарушение работы песколовок в процессе эксплуатации

2.4 Отстойники

2.5 Анализируемые показатели и оценка эффективности работы отстойников

2.6 Нарушение работы отстойников в процессе эксплуатации

2.7 Аэротенки

2.8 Факторы, определяющие удовлетворительную работу аэротенков

2.9 Кислородный режим в аэротенках

2.10 Регенерация активного ила

2.11 Вторичные отстойники

2.12 Нарушение процесса отделения активного ила от очищенной воды во вторичных отстойниках

Введение

Нельзя рассматривать сооружения биологической очистки, сбрасывающие сточные воды в водоемы, только как объекты-загрязнители. Это, прежде всего, мощный защитный биологический экран, ограждающий природные водные системы от экстремально высокого загрязнения, которое можно быстро и эффективно переработать только в искусственно созданных условиях аэротенков, обеспечивающих окисление и минерализацию чрезвычайно высоких концентраций загрязняющих веществ всего за 6--8 часов (в водоемах на это потребовалось бы от 4 до 6 месяцев).

В России сооружения биологической очистки составляют 54,8% от общего числа всех очистных сооружений, а водоотведение на них -- 78,9% от общего объема очищаемых вод, что позволяет определить решающую роль биологической очистки в формировании качества природных вод.

Управление процессом биологической очистки сточных вод возможно при условии своевременной и точной диагностики эффективности биохимического окисления загрязнений, для чего необходимо регулярно выполнять и анализировать результаты технологического, химического, гидробиологического и токсикологического контроля.

Для предотвращения неудовлетворительной работы очистных сооружений н сохранения качества водоемов, принимающих сточные воды, требуются объединенные усилия как тех, кто обеспечивает управление технологическими процессами биологической очистки, так и охраняющих природу государственных служб. Умение химиков и гидробиологов в лабораториях очистных сооружений грамотно выполнить необходимые анализы, а технологов использовать эти результаты и производить расчеты позволяет персоналу, обслуживающему очистные сооружения, решить главную задачу -- поддерживать постоянное и удовлетворительное качество очистки сточных вод.

1. Примеси в воде

1.1 Примеси в твердом и коллоидном состоянии

Основные загрязняющие вещества, присутствующие в сточных водах городских очистных сооружений, объединены в группы и представлены на схеме 1.

Органические вещества в сточных водах по своему физическому состоянию могут быть в нерастворенном, коллоидном и растворенном состояниях, в зависимости от размера составляющих их частиц (табл. 1). По мере изменения крупности частиц загрязняющих веществ происходит последовательное их изъятие на всех ступенях биологической очистки (схема 2).

Таблица 1

Состав органических веществ в неочищенных сточных водах по величине частиц

	Растворимые	Коллоидные	Грубые суспензии
			плавающие (истинные взвешенные вещества)	оседающие
размер в мкм	менее 0,001	0,001 -- 1,0	1,0--100,0	100,0 и более
в процентах от целого (по ХПК)	25	15	26	34

1.2 Прозрачность воды

Прозрачность сточной воды обусловлена наличием в ней нерастворенных и коллоидных примесей. Мерой прозрачности служит высота столба воды, при которой сквозь нее можно читать шрифт определенного размера и типа. Городские сточные воды, поступающие на очистку, имеют прозрачность 1--5 см. Эффект очистки наиболее оыстро и просто оценивается по прозрачности очищенной воды, ко торая зависит от качества очистки, а также от наличия в воде мелких, не оседающих за два часа хлопьез активного ила и диспергированных бактерий. Измельчение хлопьев ила может быть следствием распада более крупных, старых хлопьев, следствием разрыва их газами или под влиянием токсичных сточных вод. Мелкие хлопья могут заново слипаться, но, достигнув некоторого небольшого размера, далее не укрупняются. Прозрачность наиболее оперативный, чутко реагирующий на нарушения, показатель качества очистки. Любые, даже незначительные, неблагоприятные изменения в составе сточных вод и в технологическом режиме их очистки приводят диспергированию хлопьев ила, нарушению хлопьеобразования, а следовательно, к падению прозрачности очищенной воды.

Биологическая очистка сточных вод должна обеспечивать не менее 12 см прозрачности очищенной воды. При полной, удовлетворительной биологической очистке прозрачность составляет 30 и более сантиметров, причем при такой прозрачности все другие санитарные показатели загрязнения, как правило, соответствуют высокой степени очистки.

Прозрачность определяется во взболтанной (характеризует наличие взвешенных и коллоидных веществ), и в отстоянной (наличие коллоидных веществ) пробах. Прозрачность в отстоянной пробе характеризует работу аэротенков, прозрачность во взболтанной -- работу вторичных отстойников.

Примеры. Если прозрачность очищенной воды во взболтанной пробе составляет 19 см, а в отстоянной 28 см, можно сделать вывод об удовлетворительной работе аэротенков (хорошо сняты коллоидные вещества) и вторичных отстойников (можно ожидать, что вынос взвешенных веществ в очищенной воде не превысит 15 мг/дм3),

Схема 2 Последовательное изъятие органических частиц (в зависимости от их размера) на разных ступенях очистки сточных вод

Если по результатам анализов прозрачность во взболтанной пробе составляет 10 см, а в отстоянной 30 см, это значит, что коллоидные вещества хорошо изымаются из сточных вод в аэротенках, но вторичные отстойники работают неудовлетворительно и обеспечивают низкую прозрачность очищенной воды.

Изменение прозрачности надиловой воды может служить оперативным сигналом об изменениях в процессе очистки даже тогда, когда другие методы физико-химического контроля еще не фиксируют отклонений, поскольку все нарушения сопровождаются измельчением хлопьев активного ила, что немедленно фиксируется по сниженной прозрачности над иловой воды.

1.3 Мутность

Присутствие нерастворимых частиц, коллоидных и других веществ, препятствующих прохождению через столб воды света, характеризуется мутностью. Для характеристики наличия в воде примесей этот показатель используется за рубежом чаще, чем прозрачность, поскольку наличие технических средств измерения позволяет получать более объективные и точные результаты, нежели при визуальном определении прозрачности,

При прозрачности очищенных сточных вод 30 см, их мутность составляет 2 мг/дм³. В питьевой воде норма мутности 1,5 мг/дм³, (в исключительных случаях до 2 мг/дм³) (СанПиН 2.1.4.559-96). Когда мутность достигает 5 мг/дм3, качество питьевой воды заметно ухудшается. В природных водах содержание в воде кислорода часто связано с мутностью обратно пропорциональной зависимостью.

1.4 Взвешенные вещества

Взвешенными называют частицы нерастворимого твердого вещества, которые плавают по всему.объему жидкости. При характеристике сточных вод принято за такие вещества принимать количество загрязняющих веществ, которые задерживаются на бумажном фильтре с наибольшим размером пор ("белая лента", "розовая лента"). При определении взвешенных веществ недопустимо использовать фильтры с меньшим размером пор ("синяя лента"), так как они задерживают коллоидные частицы и результат анализа может быть существенно завышен. Совместное присутствие взвешенных и коллоидных веществ регистрируется прозрачностью и мутностью, которые коррелируют с содержанием взвешенных веществ, но представляют данные о содержании в воде загрязнений различного характера.

Как видно из табл. 1 взвешенные вещества (грубые суспензии) в сточных водах подразделяются на два вида в зависимости от размера частиц. Причем размер истинных взвешенных (плавающих) в очищенных сточных водах больше, чем в химических растворах (где эти частицы не более 1 мкм), поскольку взвешенные вещества представлены плавающими хлопьями активного ила в очищенной воде после аэротенков и вторичных отстойников.

Для характеристики работы сооружений механической очистки большое значение имеет содержание не только взвешенных веществ, но и количество оседающих. Оседающие вещества *-- это часть взвешенных веществ, выпадающих в осадок за 2 ч отстаивания в лабораторном цилиндре; они рассчитываются по объему (см/дм³) и весу (мг/дм³).

Количество оседающих веществ в поступающей на очистку воде резко колеблется в течение суток, что можно наблюдать в почасовых пробах при среднесуточном отборе. Это хороший контрольный показатель правильности отбора проб, поскольку при визуальном осмотре лабораторных бутылок, куда должны отбираться пробы каждый час, легко обнаружить отбиралась ли эта вода одновременно (содержание оседающих в каждой бутылке будет почти одинаково) или график отбора соблюдался и оседающие вещества занимают различный объем в пробах, отобранных в разное время суток.

Количество оседающих веществ, выраженное в процентах от количества взвешенных, -- это теоретически возможный предел эффективности отстаивания взвеси в условиях первичных отстойников. В городских неочищенных сточных водах оседающие вещества составляют 65--75% взвешенных по массе.

Взвешенные вещества являются очень важным показателем при оценке загрязненности водных объектов хозбытовыми сточными водами. Концентрация взвешенных веществ в сточных водах связана обратной зависимостью с суточной нормой водоотведения на одного человека.

В строительных нормах и правилах количество загрязняющих веществ, находящихся во взвешенном состоянии и поступающих в канализацию от одного человека, принято равным 65 г/сут (табл. 2.2). Исходя из этой величины и учитывая число жителей, пользующихся канализацией, и местную норму водоотведения, можно рассчитать концентрацию взвешенных веществ в сточных неочищенных водах для данного населенного пункта (табл. 2.3.).

В городских сточных водах содержание взвешенных веществ составляет от 80 до 500 мг/дм3 (зольность взвеси 25--35%), а в производственных и паводковых речных водах может быть до нескольких граммов в литре. В очищенной воде содержание взвешенных сильно колеблется и составляет от 5 до 40 мг/дм3.

Таблица 2

Данные для определения концентрации загрязняющих веществ и показателей загрязнения бытовых сточных вод

Наименование ингредиентов	Количество %в г/сут на одного жителя
Взвешенные вещества	65,0
БПКз неосветленной жидкости	54,0
БП1<5 осветленной жидкости	35,0
БПКПОЛН осветленной жидкости	40,0
Азот аммонийных солей (N)	8,0
Фосфаты (P20s)	3,3
Хлориды	9,0
Поверхностно-активные вещества (ПАВ)	2,5

Для определения эффективности первичного отстаивания кроме оседающих веществ анализируют соотношение концентрации ВПК (органическая составляющая взвешенных веществ) к взвешенным веществам в поступающих на очистку и очищенных сточных водах. Если отношение взвешенных веществ к ВПК составляет 1:1 (в бытовой неочищенной воде 1,8:1 табл. 3), то механическая очистка будет эффективно удалять загрязняющие вещества. Если ВПК превышает содержание взвешенных веществ, то основная нагрузка по удалению загрязняющих веществ будет риходиться на аэротенки.

Таблица 3

Концентрация взвешенных веществ в бытовых сточных водах в зависимости от нормы водоотведения

Характеристика загрязнения	Норма водоотведения на одного чел, дм3/сут
	125	150	175	200	225	250	275	300	400
Концентрация взвешенных веществ, мг/дм3	560	433	372	325	290	260	236	216	162
БПК2о, мг/дм3	320	266	228	200	176	160	145	133	100

В течение суток колебания содержания взвешенных веществ в поступающей воде очень большие, но в очищенной они сглаживаются Чтобы оценить вид загрязнения (минеральное или органическое), определяются потери при прокаливании из высушенной твердой фазы взвешенных веществ. При температуре 500--600 °С выгорают и улетучиваются углерод, водород, азот, сера и другие органические и некоторые неорганические примеси. Эти потери выражают в мг/дм3 -- абсолютное количество улетучившихся примесей. Если потери при прокаливании большие (более 50%) от содержания взвешенных веществ, то значит загрязнения в городских сточных водах представлены, в основном, в органической форме, если они 30% и менее, то, в основном -- в минеральной. Особенно важно оценивать потери при прокаливании при контроле качества слабо концентрированных очищаемых сточных вод, поскольку, если загрязнение в таких водах в основном будет представлено в минеральном виде, то питание для активного ила будет недостаточным.

Зольность -- отношение массы остатка после прокаливания к массе первоначально взятого твердого образца, выраженное в процентах. Если сточные воды содержат много минеральных веществ и мало органических (сточные воды цементных предприятий, заводов строительных конструкций), потери при прокаливании взвешенных веществ в таких водах будут низкие, а зольность высокая.

Сравнение содержания взвешенных веществ в очищаемой воде и ХПК позволяет судить о том, в каком виде представлено основное загрязнение (растворенном, нерастворенном). В городских сточных водах количество взвешенных веществ составляет более 60% от ХПК, при уменьшении этого процента мы можем говорить о возрастании доли загрязняющих веществ, присутствующих в растворенном виде.

1.5 Сухой и плотный остатки

Общее содержание примесей в воде характеризуется сухим остатком, т.е. суммой всех примесей воды, определяемой выпариванием, высушиванием и взвешиванием пробы. Сухой остаток -- это количество примесей в натуральной пробе (взвешенные, коллоидные и растворенные вещества) с удаленными газами, летучими компонентами и веществами, разлагающимися с образованием легколетучих компонентов.

Грубую оценку сухого остатка можно получить, если суммировать взвешенные и растворенные вещества в пробе сточных вод. Сухой остаток -- это очень важный, сильно изменяющийся, контрольный показатель работы всех звеньев биологической очистки, назначение которых последовательно изымать взвешенные и коллоидные вещества.

Плотный остаток (или растворенные вещества, или сухой остаток в фильтрате) -- зто количество примесей в отфильтрованной пробе (после задержания фильтром взвешенных веществ), т.е. содержание растворенных минеральных и органических примесей (не летучих с паром). Как сульфаты и хлориды плотный остаток практически не меняется по ходу очистки. В воде, поступающей на очистку на городские очистные сооружения, плотный остаток составляет не более 750 мг/дм3 и уменьшается на 10--15 единиц в очищенной воде. Разница между сухим и плотным остатком обычно равна содержанию взвешенных веществ в пробе.

Поскольку содержание плотного остатка выше 10 г/дм3 губительно влияет на клетки бактерий и простейших, это критическая величина его содержания в сточных водах, сбрасываемых в системы канализации.

Для природных и питьевых вод значения сухого и плотного остатка очень близки, поскольку содержание взвешенных и коллоидных веществ в этих водах минимально, а плотный остаток велик, так как минеральные вещества, в основном, представлены в растворенной форме.

Понятия сухого и плотного остатка часто смешиваются, что абсолютно недопустимо при характеристике загрязненных сточных вод.

2. Описание основных звеньев очистки сточных вод

2.1 Песколовки

Сточные воды, освобожденные от крупных плавающих загрязнений на решетках, поступают на песколовки, назначение которых -- освободить сточные воды от тяжелых примесей минерального происхождения с размером частиц 0,25--1 мм.

Если объем очищаемой сточной воды более 100 м3/сут, то песколовки устанавливаются обязательно.

Принцип действия песколовки гравитационный» т.е. минеральные частицы, удельный вес которых больше удельного веса воды (1,6 г/см3), главным образом песок, выпадают на дно. Удаление песка из сточных вод, поступающих на биологическую очистку, является обязательным, так как абразивные свойства песка приводят к разрушению механизмов и бетонных сооружений. Кроме того песок может накапливаться в каналах, аэротенках, метантенках и снижать рабочий объем сооружений.

Установлено, что при горизонтальном движении воды в песколовке, скорость должна быть от 0,3 м/с до 0,15 м/с для обычных песколовок и от 0,08 до 0,12 м/с -- для аэрируемых песколовок. При скорости потока более максимально допустимой песок не успевает осесть в песколовке, при скорости менее минимальной --* в песколовке будут осаждаться органические примеси, что приведет к излишнему изъятию питательных веществ из сточной воды и к ухудшению качества удаляемого песка, что имеет значение для его дальнейшего использования или захоронения.

По направлению движения воды песколовки подразделяются на горизонтальные, вертикальные и с винтовым движением воды. Последние бывают тангенциальные и аэрируемые. Песколовка состоит из 2-х частей: рабочей, где движется поток, и осадочной, в которой собирается предназначенный для удаления песок. На очистных станциях песок из песколовки обычно удаляют с помощью гидроэлеваторов и специальных механизмов -- скребков, шнеков и др. Выгрузка осадка из песколовки производится от одного раза в 2--4 суток до одного раза в сутки в зависимости от накопления песка (периодичность отгрузки устанавливается опытным путем).

Отгружать осадок следует быстро и в следующем порядке: открывается задвижка на трубопроводе рабочей жидкости гидроэлеватора и производится взмучивание осадка; после взмучивания открывается задвижка на песко-проводе, по которому пульпа подается в песковой бункер. По пробоотборнику определяется момент окончания перекачки пульпы; пульпопровод промывается отстоянной сточной водой в количестве, соответствующем его двукратному объему; после промывки задвижка на пульпопроводе закрывается.

Количество песка, задерживаемого песколовками, составляет в норме 0,02 дм3/(чел. -сут), при влажности 60% и объемном весе 1,5 т/м3. Удовлетворительно работающая песколовка изымает 10--30дм3 песка из 1000 м3 сточной воды.

2.2 Анализируемые показатели и оценка эффективности работы

Осадок из песколовок анализируется на влажность (норма от 20% до 40%), зольность (норма от 70 до 95%), содержание песка (норма от 70 до 90%) и плотность (норма от 1,2 до 1,8 г/см3). Чем меньше содержание песка отличается от зольности осадка, тем лучше; в норме содержание песка должно быть меньше зольности не более чем на 5--7%. Крупность задержанного песка в обычных песколовках 0,2--0,25 мм и более, для аэрируемых песколовок -- 0,15--0,2 мм и более. При уменьшении скорости потока сточных вод в песколовках за счет избыточного задержания органических веществ снижается средняя плотность осадка (до 1,1--1,2 г/см3), зольность (до 50--70%) и содержание в нем песка (до 35--60%), но возрастает его влажность При скорости потока сточных вод выше оптимальной, наблюдается вынос песка и увеличивается зольность сырого осадка из первичного отстойника "(до 50%), что может быть связано также с редкой выгрузкой осадка из песколовок. Косвенным показателем работы песколовок считается содержание песка в сыром осадке из первичных отстойников. Работа песколовок принимается как удовлетворительная, если в осадке из первичных отстойников содержание песка не превышает 6% и он мелких фракций (менее 0,25 мм), а зольность сырого осадка не превышает 30%.

2.3 Нарушение работы песколовок в процессе эксплуатации

К нарушениям работы песколовок в процессе эксплуатации следует отнести:

· Вынос большого количества песка в последующие звенья сооружений. Причины: гидравлическая перегрузка песколовок; неравномерное распределение потоков сточных вод между работающими песколовками; конструктивные недостатки; разрушения распределительных устройств или поступление песка более мелких фракций по сравнению с принятыми в проектных расчетах.

· В осадке из песколовок содержится большое количество органических примесей. Причины: недостаточная скорость потока сточных вод в песколовке.

· Нарушения, связанные с несоблюдением равномерной гидравлической на грузки на песколовки. Причины: неравномерное распределение потоков сточных вод между работающими песколовками; отсутствие плавно расширяющегося перехода от гасителя до песколовки, обеспечивающего снижение скорости до оптимальной.

· Нарушение гидравлического разделения проточной и отстойной зон в горизонтальных бункерных песколовках. Причины: отсутствует, снята или разрушена колосниковая решетка.

· Накопление, неэффективное сползание к приямку и загнивание уплотненного осадка на стенках бункеров, повышение влажности осадка из песколовок. Причины: конструктивные недостатки (недостаточный уклон стенок бункеров, сопло гидроэлеватора расположено без заглубленного приямка), неудовлетворительная работа операторов.

· Засорение гидроэлеваторов. Причины: плохая работа решеток, скопление и уплотнение осадка на стенках бункера вне радиуса действия сопла гидроэлеватора.

· Замерзание задвижек гидроэлеваторов. Причины: отсутствие теплоизоляционных щитов в зимний период.

2.4 Отстойники

Отстаивание является наиболее простым и часто применяемым на практике способом удаления из сточных грубодисперсных нерастворенных примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на дно отстойника или всплывают на поверхность. В зависимости от назначения отстойников в технологической схеме очистной станции подразделяются на первичные и вторичные.

Первичными называются отстойники, входящие в состав сооружений механической очистки, они задерживают гораздо более мелкие взвеси, чем песколовки; вторичными -- отстойники, устраиваемые в составе сооружений биологической очистки для отделения активного ила от биологически очищенной сточной воды.

Обычно на сооружениях устанавливаются одинаковые конструкции первичных и вторичных отстойников, которые различаются, как правило, только объемом, поскольку у вторичных он предусматривается несколько больший, так как осадок, в виде уплотненного активного ила, более чувствителен к гидравлическим перегрузкам, чем сырой осадок.

По направлению движения основного потока воды в отстойниках они делятся на два основных типа: горизонтальные и вертикальные (разновидностью вертикальных являются радиальные отстойники).

Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный железобетонный резервуар, состоящий из нескольких отделений. Их рекомендуется применять при производительности комплекса свыше 15 тыс. м3/сут. Сточная жидкость поступает в торцевую часть через ряд отверстий, равномерно распределяется по ширине сооружения, короткая перегородка гасит скорость поступающего потока, направляя его вниз. Вода перемещается вдоль сооружения с очень малой скоростью и через выпускной водослив отводится с противоположной торцевой стенки, В начале горизонтального отстойника, где выпадает большее количество осадка, размещают один или несколько приямков, объем которых зависит от конструкции отстойников и способов удаления ила. Осевшие частицы сгребаются в иловой приямок с помощью скребков, которые прикреплены к цепи, передвигаемой зубчатыми колесами. Осадок периодически откачивается. Диаметр иловых труб по расчету -- не менее 200 мм. Наиболее распространенным способом удаления осадка является выдавливание его под гидростатическим напором воды высотой в 1,5 м. В некоторых случаях его удаляют, откачивая плунжерными насосами. Объем иловой части отстойников принимают равным двухсуточному объему выпадающего осадка (при механизированном удалении осадка объем иловой части можно принимать равным восьмичасовому объему выпадающего осадка).

Верхний ряд скребков выступает над поверхностью воды, сгребая всплывшие частицы к специальному желобу, расположенному перед выпускным водосливом. Отношение длины отстойника к его ширине от 3:1 до 5:1, при глубине слоя жидкости от 2,0 до 2,5 м. Днище отстойника слегка наклонено к иловому приямку.

Хорошо работающие горизонтальные отстойники задерживают до 60% взвешенных веществ, однако у них есть ряд недостатков: высокая стоимость монтажа; скребковый механизм имеет несколько опор и много движущихся частей, что приводит к поломке (наиболее уязвимы цепи); малая длина водослива, что создает гидравлические перегрузки в торцовых частях отстойника. Кроме того в углах отстойника, куда не достает скребковый механизм, образуются залежи ила.

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический железобетонный резервуар (реже квадратный или многоугольный) с конусным или пирамидальным днищем. Сточная вода поступает через центральную вертикальную трубу с раструбом в нижней части. Под вертикальной трубой расположен отражательный щит, который изменяет направление движения воды с вертикального (нисходящего) на горизонтальное, а затем вновь на вертикальное (восходящее), при котором происходит выпадение в осадок диспергированных частиц в отстойной части. Высота зоны осветления составляет 2,7--3,8 м. Осветленная вода переливается через круговой водослив (на периферии отстойника) в сборный лоток и отводится из него. Выпавшая взвесь, накапливающаяся в отстойной части, периодически выпускается по иловой трубе. Перегородка, расположенная перед отводным лотком (гребни), препятствует попаданию в удаляемый поток, отбросов, всплывающих на поверхность воды.

Эти отбросы собираются с поверхности скребком, а затем удаляются через специальный бункер в колодец, находящийся вне сооружения (скребковое устройство устанавливается только в первичных отстойниках).

Вертикальные отстойники проще по конструкции и в эксплуатации, чем горизонтальные, и находят широкое применение в качестве первичных и вторичных отстойников. Однако эффект осветления воды в них на 25--30% ниже, чем в горизонтальных и на 10--15% ниже, чем в радиальных. При удовлетворительной работе вертикальных отстойников удаляется не более 40% взвешенных веществ, однако у них более низкая стоимость монтажа и эксплуатации, чем у горизонтальных отстойников. Длина водослива по периметру вертикальных отстойников достаточно велика, что позволяет свести к минимуму скорость движения воды у перелива и уменьшить вынос взвешенных веществ. К их недостаткам относятся: большая глубина (иногда до 7--9 м), что удорожает стоимость строительства в слабых грунтах и при высоком уровне грунтовых вод; плохое сползание осадка к центру отстойника, что приводит к его загниванию и низкой дозе возвратного ила. В процессе эксплуатации часто приходится вручную скребком удалять уплотненный осадок в вертикальном отстойнике.

Кроме того, очень важно в момент монтажа вертикальных отстойников правильно и на нужной высоте установить отражательные щиты, что часто не соблюдается и в период эксплуатации приводит к избыточному выносу взвешенных веществ.

J Радиальный отстойник представляет собой цилиндрический железобетонный резервуар большого диаметра (от 16 до 60 м), глубиной 0,1--0,15 диаметра. Сточная вода подается по трубопроводу или лотку в вертикальную центральную трубу (сверху или снизу), из которой выливается в отстойную часть. Осветленная жидкость сливается через круговой водослив, установленный по окружности отстойника, в сборный лоток. Перед водосливом устраивается полупогруженная кольцевая стенка (гребни), удерживающая всплывающие вещества, которые отводятся из отстойника по специальной трубе. Дну отстойника придают уклон к центру, где устраивают иловый приямок для накопления выпадающего осадка, который удаляют под гидростатическим давлением или насосами. Отстойник оборудован вращающейся фермой со скребками для сбора осадка. Радиальные отстойники применяют при производительности очистных сооружений более 20 тыс. м3/сут. Скребковый механизм с центральным приводом, опирающийся на одну опору в центре, имеет меньше движущихся частей, чем цепные скребковые механизмы горизонтальных отстойников. Радиальные отстойники обеспечивают 50% удаление взвешенных веществ и не имеют перечисленных недостатков горизонтальных и вертикальных отстойников

2.5 Анализируемые показатели и оценка эффективности работы отстойников

Первичные отстойники выполняют следующие функции: задержание грубо-дисперсных примесей, масел, нефтепродуктов и уплотнение осадка,

Эффективность их работы оценивается по содержанию взвешенных и оседающих веществ, нефтепродуктов в поступающей в отстойник и осветленной воде, влажности и зольности осадка. Кроме того, вместе с частицами примесей первичные отстойники изымают органические вещества (в норме ВПК и ХПК снижается на 15--30%). Эффективность удаления взвешенных веществ зависит от их первоначальной концентрации и дисперсности, а также от продолжительности отстаивания.

Чем выше концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в первичные отстойники, тем больше их изымается в процессе отстаивания. Эффективность отстаивания зависит от характера сточных вод. Если городские сточные воды содержат большое количество растворенных органических веществ, то снижение ВПК составит менее 20%, тогда как отстаивание производственных сточных вод (большое количество осаждаемых примесей) может увеличить снижение ВПК до 60%. Поэтому контроль осветления сточных вод осуществляется с учетом соотношения между содержанием растворенных органических веществ (ВПК) и взвешенных органических веществ в поступающей в первичные отстойники воде.

Скорость осаждения взвеси и степень осветления воды зависят от способности отдельных частиц к агломерации. Основная масса грубодисперсных примесей выпадает в осадок в течение 1 --1,5 ч, поэтому продолжительность отстаивания назначают в зависимости от последующей обработки сточной воды. Так, из первичных отстойников, размещаемых перед аэротенками и биофильтрами, не должно выноситься взвешенных веществ более 150 мг/дм3 при продолжительности отстаивания 1,5 ч. При увеличении времени отстаивания до 2 ч, эффект осаждения взвешенных веществ увеличивается на 5--10%. Дальнейшее отстаивание (свыше 2 часов) не дает улучшения процесса осветления, что следует учитывать при решении вопроса об увеличении количества первичных отстойников на действующих сооружениях.

Необходимо так отрегулировать работу первичных отстойников, чтобы избе-, жать как перегрузки аэротенков по содержанию загрязняющих веществ, так и их недогрузки, т.е. не допустить "голодания" активного ила. Оптимальный вынос взвешенных веществ из первичных отстойников составляет приблизительно 100-- 120 мг/дм3, если он уменьшается, то в аэротенках активный ил будет испытывать недостаток питательных веществ, а если снижается до 60--80 мг/дм3, ил будет "голодать". Для предупреждения этого необходимо часть отстойников отключать или подкармливать ил биодобавками. Задержание взвешенных веществ в первичных отстойниках происходит более эффективно при повышении температуры. Поэтому в зимний период эффективность первичного отстаивания снижается на 20%. При температуре очищаемой сточной воды 4--4,4 °С (в случае отсутствия горячего водоснабжения города или поселка) время первичного отстаивания следует увеличивать на 40%. Отрицательно сказываются на работе первичных отстойников резкие перепады температуры.

На избыточное удаление питательных органических веществ из сточных вод в первичных отстойниках сильно влияет присутствие тяжелых металлов, которые играют роль активных коагулянтов, в то время как наличие большого количества поверхностно-активных веществ, а также некоторых красителей в сточной воде, ухудшает процесс первичного отстаивания. При решении вопроса о "голодании" активного ила необходимо проконтролировать потери при прокаливании взвешенных веществ в осветленной воде. Если содержание взвешенных веществ небольшое, а потери при прокаливании велики (50--70%), то активный ил можно не подкармливать, а если потери при прокаливании небольшие, значит загрязнение, в основном, в минеральной форме и подкормки обязательны.

Недостаточное время первичного отстаивания при гидравлических перегрузках вызывает увеличение прироста активного ила, что повышает объем утилизируемого ила, увеличивает влажность осадка из вторичных отстойников до 99%. Кроме того, необходимыми условиями эффективной работы отстойников являются: оптимальная гидравлическая нагрузка, равномерное распределение сточной воды между отдельными отстойниками, регулярное и своевременное удаление осадка.

Гидравлическая нагрузка влияет на степень изъятия органических загрязняющих веществ из сточных вод (при ее повышении процент снижения ВПК уменьшается, создаются условия, препятствующие уплотнению осадка, повышается мутность осветленной воды).

При низких гидравлических нагрузках осевшая в первичных отстойниках взвесь избыточно уплотняется, что затрудняет работу илососов или скребковых механизмов.

Сырой осадок удаляется по установленному графику не реже 3--4 раз в сутки в летний период и 2--3 раза в сутки в зимний. При выпуске осадка задвижка илопровода вначале открывается полностью, чтобы густой осадок, лежащий на дне, сдвинулся и начал выходить. Затем задвижка прикрывается, чтобы замедлить выпуск осадка и не допустить прорыва воды. Задвижка илопровода закрывается в тот момент, когда концентрация твердой фазы осадка минимальна, что устанавливается оператором визуально. Редкая отгрузка осадка из первичных отстойников приводит к активному разложению микрофлорой органических веществ, выделению метаболитов: осадок темнеет, всплывает, приобретает неприятный запах гниения, увеличивается вынос взвешенных веществ из первичных отстойников и прирост ила в аэротенках, ухудшается процесс отстаивания ила во вторичных отстойниках и повышается влажность утилизируемого осадка. Подобная картина постоянно наблюдается в достаточно распространенном проекте сооружений биологической очистки с использованием избыточного активного ила для уплотнения сырого осадка в первичном отстойнике, где избыточный ил не удаляется на утилизацию как в традиционной системе, а повторно возвращается в поток сточной воды, поступающей в первичные отстойники, в "головуя сооружений. При пропорциональном соотношении между количеством сырого осадка и избыточного ила, а также при соблюдении графика отгрузки осадка из первичного отстойника (с использованием технологической схемы подачи избыточного ила в первичные отстойники) осадок хорошо уплотняется, улучшаются его влагоотдающие свойства (что имеет существенное значение для его последующей утилизации), улучшается процесс гравитационного отстаивания взвешенных частиц. Однако практика эксплуатации таких сооружений показала, что избыточный ил направляется в первичный отстойник не в необходимом количестве (не более 20--25% от общего образующегося объема), а гораздо больше или же идет весь имеющийся избыточный ил. В результате нарушается процесс осаждения в первичном отстойнике, ферментативная активность направляемого туда избыточного ила приводит к гниению осадка, нарушению гравитационного отстаивания и выносу взвешенных веществ из отстойника. Но гораздо важнее то, что организмы ила, находясь в первичном отстойнике, изымают из сточных вод легкоокисляемые вещества на стадии отстаивания, дисбалансируют питание гетеротрофных бактерий активного ила аэротенков и тем самым создают условия для развития нитчатых микроорганизмов, как наиболее приспособленных к разложению трудноокисляемой органики и нетребовательных к сбалансированности питательных веществ, присутствующих в сточных водах. Развитие нитчатых организмов в активном иле приводит к избыточному выносу взвешенных веществ из вторичных отстойников, что часто наблюдается на сооружениях при подаче избыточного ила в первичные отстойники.

Влажность сырого осадка в норме составляет 92--95%, зольность -- не более 30%, содержание песка -- 5--8%. При уменьшении влажности осадка можно делать выводы о необходимости дополнительной отгрузки осадка из первичных отстойников, что всегда следует предусматривать при перегрузках по содержанию загрязняющих веществ, при увеличении объема сточных вод, поступающих от промышленных предприятий, а также при токсичности сточных вод. В этих случаях более частая отгрузка сырого осадка облегчит работу аэротенков.

Обычно в городских сточных водах оседающие вещества составляют 60-- 75% от содержания взвешенных веществ. Но для каждой сточной воды это соотношение строго индивидуально и также определяет эффективность первичного отстаивания, поскольку характеризует седиментационные свойства взвешенных частиц. Эффективность изъятия оседающих веществ в первичных отстойниках на 15-- 25% выше, чем эффективность удаления взвешенных.

Итак, подводя некоторый итог, отметим, что эффективность первичного отстаивания определяется следующими факторами: исходной концентрацией взвешенных веществ, временем отстаивания, температурой воды, конструктивными особенностями первичных отстойников, нагрузкой осветленной воды на водослив, своевременной отгрузкой сырого осадка.

При внешнем осмотре первичных отстойников для выявления причин их неэффективной работы следует обращать внимание на:

· соблюдение расчетного времени пребывания воды в отстойнике (состояние водослива, гребней), равномерный перелив сточной воды;

· своевременное удаление осадка (наличие выделения газов, всплывание на поверхность сброженного осадка);

· вынос плавающих частиц с осветленными водами, появление жировых и нефтяных пятен.

По общему количеству взвешенных веществ, удаляемых в первичных отстойниках, и увеличенному в 1,25--1,35 раза, рассчитывается объем всех осадков, которые будут получены в процессе очистки. Этот повышающий коэффициент учитывает тяжелые фракции взвешенных веществ (движутся по дну потока и не регистрируются в анализах), а также часть биомассы, которая образуется на коллоидных и растворенных примесях.

Технологу сооружений необходимо периодически рассчитывать объем сырого осадка, который следует регулярно удалять. Для этого от количества взвешенных веществ, поступающих со сточной водой в первичные отстойники, отнимают количество взвешенных веществ в осветленной воде и результат умножают на среднесуточный приток сточных вод.

Пример 1. Расчет объема сырого осадка: содержание взвешенных веществ в поступающей на очистку сточной воде -- 68 мг/дм³, после первичных отстойников -- 48 мг/дм³, среднесуточный приток сточных вод 1570 м³, влажность осадка из первичных отстойников -- 99%. В первичных отстойниках остается (68--48)х1570 = 0,0314 тонн/сут осадка. В пересчете на влажность осадка:

осадка, т.е. это то количество осадка, которое необходимо откачать из первичных отстойников.

Пример 2. Расчет сухого вещества в осадке с учетом его влажности: влажность сырого осадка 93%. Процентное содержание в 1 дм³ сухого вещества осадка 100% - 93% = 7%. Содержание массы сухого вещества осадка в 1 дм³ -- 70 г.

2.6 Нарушение работы отстойников в процессе эксплуатации

К наиболее распространенным нарушениям работы отстойников следует отнести:

· Обильное выделение газов со дна отстойника и всплывание осадка на поверхность. Причины: несвоевременная отгрузка осадка, образование залежей; разрушение скребковых механизмов; ферментативная активность ила, подаваемого в"голову" сооружений,

· Крупные отбросы на поверхности отстойника. Причины: неудовлетворительная работа решеток.

· Повышенный вынос взвешенных веществ за счет гидравлических перегрузок. Причины: увеличенный (в сравнении с проектным) объем сточных вод, поступающих на очистку; неравномерное распределение потоков сточных вод между работающими отстойниками; отклонение уровня переливных гребней от горизонтальной плоскости или разрушение водопереливов; конструктивные недостатки первичных отстойников.

2.7 Аэротенки

Процесс биологической очистки может быть описан как непосредственный контакт загрязнений с оптимальным количеством организмов активного ила в присутствии соответствующего количества растворенного кислорода в течение необходимого периода времени с последующим эффективным отделением активного ила от очищенной воды.

Основные параметры этого процесса должны быть взаимоувязаны, а именно: объем аэротенков, количество и окисляемость загрязнений, время контакта загрязнений с активным илом, Кроме того, Аэротенки подразделяются по способу подачи сточных вод и их потоку на смесители (рассредоточенная подача и выпуск сточных вод) и вытеснители ("поршневой" характер потока сточных вод), а также по виду аэрации: аэротенки с механической или (наиболее распространенной) пневматической аэрацией,

Аэротенки с пневматической аэрацией состоят из одной или нескольких секций, каждая из которых имеет от 2 до 4 коридоров, отделенных друг от друга продольными направляющими перегородками, не доходящими до одной из торцевых стен. В торцах аэротенка расположены каналы для впуска и отведения сточной воды.

Окисление органических загрязнений в аэротенках происходит за счет жизнедеятельности аэробных микроорганизмов, образующих хлопьевидные скопления -- активный ил. Часть органического вещества, непрерывно поступающего со сточными водами, окисляется, а другая обеспечивает прирост бактериальной массы активного ила. Окислительный процесс в аэротенках-вытеснителях происходит не-равномерно: в начале аэротенка -- быстрее, а по мере приближения к концу и уменьшения количества субстрата -- медленнее.

Обычно аэротенк -- это резервуар прямоугольного сечения, по которому протекает сточная жидкость, смешанная с активным илом. Воздух, вводимый с помощью пневматических или механических устройств, перемешивает обрабатываемую жидкость с активным илом и насыщает ее кислородом, необходимым для жизнедеятельности бактерий.

Активный ил -- это биоценоз организмов минерализаторов, способных сорбировать на своей поверхности и ферментативно окислять в присутствии кислорода органические вещества в сточных водах. Большая насыщенность сточной воды активным илом и непрерывное поступление кислорода обеспечивают интенсивное биохимическое окисление органических веществ, поэтому аэротенки являются одним из наиболее совершенных сооружений для биохимической очистки. В зависимости от требуемой степени снижения органического загрязнения сточных вод аэротенки проектируются на полную биологическую очистку (содержание в очищенной воде БПК₅ 6-8 мг/дм³, N0₃ - 0,5-1, 0 мг/дм³) и неполную (БПК₅ > 20 мг/дм³) очистку.

2.8 Факторы, определяющие удовлетворительную работу аэротенков

Наиболее важными факторами, влияющими на развитие и жизнеспособность активного ила, а также качество биологической очистки, являются температура, наличие питательных веществ, содержание растворенного кислорода в иловой смеси, значение рН, присутствие токсинов. Удовлетворительная работа аэротенков в значительной степени определяется также технологическим режимом эксплуатации, где основное значение имеют:

· оптимальное соотношение между концентрацией загрязнений в поступающей воде и рабочей дозой активного ила (при уменьшении дозы ила возникает эффект повышения нагрузки и снижения качества очистки, при увеличении -- затрудняется эффективность разделения ила и очищенной воды во вторичных отстойниках);

· необходимое время контакта загрязнений с активным илом;

· достаточная аэробность системы

Рассмотрим данные технологические параметры в той же последовательности более подробно.

Процессы, происходящие при биологической очистке сточных вод, в целом можно представить схематически. Часть органических веществ сточных вод окисляется до СО₂ и Н₂О, а часть идет на синтез запасных веществ и образование новых клеток активного ила. В результате синтеза увеличивается биомасса ила и число организмов. Доза ила по весу служит ориентировочным показателем того, сколько в иловой смеси потребителей загрязнений. Для того, чтобы обеспечить удовлетворительное качество очистки, необходимо при возрастании поступления загрязняющих веществ со сточной водой, увеличивать концентрацию их потребителей, т.е. дозу ила по весу, тогда удельная нагрузка на ил останется стабильной. Поэтому нормы дозы ила устанавливаются в зависимости от нагрузки на ил по ВПК и от технических возможностей разделения очищенной воды от ила во вторичных отстойниках.

Доза ила (г/дм³) для аэротенков без регенераторов на полную и неполную очистку городских сточных вод (СНиП П-32-74) при БПКПОЛН Поступ. мг/дм³:

до 100 -- должна составлять не менее 1,2;

от 101 до 150 -- не менее 1,5;

от 151 до 200 -- не менее 1,8,

от 201 и более -- не менее 1,8, но не более 3,0.

Для аэротенков с регенераторами устанавливается средняя доза ила при проектировании. Для удовлетворительной работы вторичных отстойников при очистке городских сточных вод доза ила в аэротенках не должна превышать 2--3 г/дм3. Превышение дозы ила приводит к излишнему накоплению в иловой зоне вторичных отстойников активного ила, его загниванию, повышенному выносу, обескислороживанию очищенной воды и, следовательно, ухудшению качества очистки.

В зимний период, когда мощность биологического окисления снижается, аэротенкам необходимо работать с более высокой дозой ила. Так если в летний период доза ила составляла 1,2--1,5 г/дм3, то в зимний ее следует поддерживать в интервале от 1,6 до 2,0 г/дм3.

Если аэротенки работают с регенераторами, то в регенераторах необходимо поддерживать дозу в 2--3 раза большую, чем в аэротенках для обеспечения глубокого доокисления трудноокисляемых соединений.

При нарушении оптимального соотношения между концентрацией загрязнений в поступающей в аэротенки воде и рабочей дозой активного ила, а точнее, при повышении удельной нагрузки на ил, нарушаются его седиментационные свойства и возрастает иловой индекс, наиболее важный показатель его состояния. Иловой индекс -- это объем, занимаемый одним граммом активного ила за 30 минут отстаивания в литровом цилиндре. В активном иле с пониженными значениями индекса повышена доля зольных, более тяжелых элементов из-за высокой минерализации клеточного вещества или из-за присутствия тяжелых взвесей. Такой ил может давать недостаточный прирост биомассы, что не позволяет поддерживать оптимальные нагрузки в аэротенках. При ухудшении способности ила к седиментации, иловой индекс возрастает, разделение ила и очищенной воды нарушается и приводит к избыточному выносу взвешенных веществ из вторичных отстойников.

В зависимости от технических возможностей своевременной выгрузки осевшего ила из вторичных отстойников, для каждого конкретного сооружения биологической очистки оптимальными будут свои определенные значения илового индекса. Условно принято считать для очистных сооружений искусственной биологической очистки оптимальными значения илового индекса от 80 до 120 см3/г. Диапазон допустимых значений илового индекса -- от 60 до 150 см3/г.

Одно из основных требований к иловому индексу *-- стабильность его значений, которая указывает на удовлетворительные условия жизнедеятельности ила и удовлетворительный режим эксплуатации сооружений (оптимальное количество ила удаляется из системы и поддерживается нормальная доза возвратного ила).

Время контакта активного ила с загрязнениями определяется таким технологическим параметром, как период аэрации (/, ч), который вычисляется по формуле:

Где

w -- объем аэрируемых сооружений, м³;

q -- часовой расход воды, м³/ч.

Продолжительность периода аэрации предусматривается при проектировании и обуславливается сложностью состава очищаемых промышленных сточных вод. Чем сложнее такой состав, тем требуется более продолжительный контакт сточных вод с илом для обеспечения глубокого окисления трудноокисляемых загрязнений.

2.9 Кислородный режим в аэротенках

Организмы активного ила являются микроаэрофилами: для нормальной жизнедеятельности им требуются малые количества растворенного кислорода. Критической концентрацией считается 0,2 мг/дм3, вполне удовлетворительной для микро-аэрофилов -- 0,5 мг/дм3 растворенного кислорода (Хаммер, 1979). Однако активный ил не терпит залежей и при малейшем застое начинает гибнуть от собственных метаболитов. Поэтому предусмотренные нормы на содержание растворенного кислорода (не менее 1,0--2,0 мг/дм3 в любой точке аэротенка) предполагают обеспечение интенсивного перемешивания иловой смеси с целью ликвидации ее залежей. При концентрации растворенного кислорода, превышающей максимально необходимую, критическую величину, степень активности микроорганизмов не увеличивается и очистка не улучшается. Поэтому для каждого очистного сооружения устанавливается своя "критическая концентрация" кислорода, причем степень его поглощения определяется, главным образом, характером и концентрацией загрязнений. Бытовые стоки -- это относительно слабый питательный раствор и в нем скорость поглощения кислорода превосходит скорость поглощения питательных веществ, поэтому кислород редко лимитирован на сооружениях, очищающих такие сточные, воды, В концентрированных промышленных стоках скорость поглощения бактериями питательных веществ будет превосходить скорость поглощения кислорода, который в этом случае лимитирован. Таким образом, необходимая степень аэрации должна в первую очередь учитывать нагрузки по загрязняющим веществам, а не гидравлические нагрузки.

Наибольшая потребность в кислороде характерна для начала аэротенка-вытеснителя, куда поступают сточные воды с максимальным содержанием загрязняющих веществ. Далее по длине аэротенка степень аэрации можно снижать, а в зоне регенерации необходимо снова увеличить. Подача воздуха обеспечивает несколько процессов, происходящих с активным илом: дыхание организмов, перемешивание иловой смеси, удаление метаболитов, хемоокисление загрязняющих веществ.

Плохие аэрационные условия для активного ила могут быть обусловлены следующими причинами:

· сокращением подаваемого воздуха, разрушением и засорением фильтрующих воздух элементов (фильтросных пластин, дырчатых труб, мелкопузырчатых диспергаторов и т.д.);

· залежами и микрозалежами плохо перемешиваемого ила в различных участках аэрируемой зоны и всех звеньев очистки;

· повышением удельных нагрузок на активный ил за счет возрастания содержания растворенных органических веществ в поступающей на очистку воде;

· увеличением содержания токсичных веществ в сточной воде, поступающей на очистку (токсиканты блокируют дыхательные ферменты у организмов активного ила);

· возрастанием кислородопоглощаемости активного ила из-за нарушения режима выгрузки осадка из вторичных отстойников;

· превышением оптимальной концентрации возвратного ила (недостаток кислорода при увеличении биомассы активного ила).

Улучшение аэрационных условий можно достичь налаживанием технологического режима эксплуатации (возможности ограничены) и увеличением процента использования кислорода активным илом за счет смены аэрирующих элементов.