Теоретическая часть. Среди методов очистки сточных вод большую роль играет биологические методы, основанные на использовании закономерностей биохимического и физиологического

Среди методов очистки сточных вод большую роль играет биологические методы, основанные на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Существует несколько основных типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды и аэротенки.

В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она служит действующим началом в биофильтрах.

В биологических прудах (искусственных или естественных) в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем.

Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, неслипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила.

Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее для удаления болезнетворных бактерий – обеззараживают (хлорирование, ультразвук, электролиз, озонирование и др.)

Биологические методы дают большие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Они применяются также и при очистке отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производстве искусственного волокна.

Процесс полной биологической очистки протекает в три стадии [6, 19]. На первой стадии, после смешения сточных вод с активным илом, на его поверхности происходят адсорбция загрязняющих веществ и их коагуляция (укрупнение частиц несущих органические вещества), причём адсорбция обеспечивается как хемосорбцией, так и биосорбцией с помощью полисахаридного геля активного ила и благодаря огромной поверхности ила, один грамм которого занимает 100 м². Таким образом, на первой стадии очистки загрязняющие вещества в сточных водах удаляются благодаря механическому изъятию их активным илом из воды и началу процесса биоокисления наиболее легкоразлагающейся органики. Высокое содержание поступающих загрязняющих веществ способствует на первой стадии высокой кислородопоглащаемости, что приводит к практически полному потреблению кислорода в зонах поступления сточных вод в аэротенках. На первой стадии за 0.5-2.0 часа содержание органических загрязняющих веществ, характеризуемых показателем БПК₅, снижается на 50-60%.

На второй стадии полной биологической очистки продолжается биосорбция загрязняющих веществ и идёт их активное окисление экзоферментами (ферментами, выделяемыми активным илом в окружающую среду). Благодаря снижению концентрации загрязняющих веществ, начинается восстанавление активности ила, которая была подавлена к концу первой стадии очистки. Скорость потребления кислорода на этой стадии меньше, чем в начале процесса, и в воде накапливается растворённый кислород. В случае благополучия второй стадии экзоферментами окисляется до 75% органических загрязняющих веществ, характеризуемых показателем БПК₅. Продолжительность этой стадии различна в зависимости от состава очищаемых сточных вод и составляет от 2.0 до 4.0 часов.

На третьей стадии очистки происходит окисление загрязняющих веществ эндоферментами (внутри клетки), доокисление сложноокисляемых соединений, превращение азота аммонийных солей в нитриты и нитраты, регенерация активного ила. Именно на этой стадии (стадии внутриклеточного питания активного ила) происходит образование полисахаридного геля, выделяемого бактериальными клетками. Скорость потребления кислорода вновь возрастает. Общая продолжительность процесса в аэротенках составляет 6-8 часов для бытовых и может увеличиваться до 10-20 и более часов при совместной очистке бытовых и производственных сточных вод. Продолжительность третьей стадии, таким образом, составляет от 4-6 часов при очистке бытовых сточных вод и может удлиняться до 15 часов.

Благополучие фазы эндогенного питания определяется величиной нагрузки, возрастом активного ила и временем пребывания его в аэротенках. Увеличение возраста активного ила, времени его пребывания в системе очистки, падение удельной нагрузки на него продлевает фазу эндогенного питания и создаёт благоприятный режим для её протекания, что способствует активному гелеобразованию, укрупнению хлопьев активного ила, улучшению его флокулирующих свойств. Внезапное увеличение нагрузки, сокращение возраста, токсические вещества, присутствующие в поступающей на очистку воде, оказывают подавляющее воздействие на процесс ферментативного окисления в целом и на фазу эндогенного питания. Таким образом, флокуляция хлопьев, а, следовательно, эффективность очистки, зависит от характеристик поступающих сточных вод, условий введения технологического процесса очистки и от действия гидродинамических сил в аэротенке.

Биологическая очистка может осуществляться как в естественных так и в искусственных условиях [20].

К сооружениям биологической очистки в естественных условиях относятся:

1. Фильтрующие колодцы, используемые при расходе 1 м³ в сутки и менее, и фильтрующие кассеты - при расходе 0,5 - 6 м³ в сутки.

2. Поля подземной фильтрации - при расходе до 15 м³ в сутки и более.

3. Поля фильтрации - при расходе 1400 м³ в сутки и менее.

В этих сооружениях, фильтрующей загрузкой являются естественные грунты, используемые непосредственно на месте (пески, супеси, легкие суглинки).

4. Фильтрующие траншеи, песчано-гравийные фильтры, применяемые при расходе 15 куб. м³ в сутки и более. Оросительная и дренажная сеть этих сооружений положена в слое искусственной фильтрующей загрузки из привозного грунта. Их устраивают при наличии водонепроницаемых или слабофильтрующих грунтов.

5. Фильтрующие кассеты с пропускной способностью 0,5-6 м³ в сутки, применяемые в слабофильтрующих грунтах (суглинках) при коэффициенте фильтрации не менее 0,1 м³ в сутки.

6. Циркуляционные окислительные каналы - при расходе 100-1400 м³ в сутки.

7. Биологические пруды с естественной или искусственной аэрацией - при расходе 1400 куб.м в сутки.

 

При круглогодичной работе очистной станции сооружения естественной биологической очистки рекомендуется использовать, если удовлетворяются следующие условия:

- среднегодовая температура воздуха в районе расположения очистной станции не менее 10 ⁰С;

- глубина грунтовых вод не менее 1 м от поверхности земли;

- наличие свободных площадей в близи малых объектов.

 

При сезонной работе станции (только в летний период) первое условие, касающееся среднегодовой температуры, исключается.

Однако почвенные методы не всегда приемлемы из-за неблагоприятных санитарных, почвенно-грунтовых, климатических, гидрогеологических условий. В связи с этим возникает необходимость в применении сооружений искусственной биологической очистки.

 

К сооружениям, в которых биологическая очистка протекает в искусственно созданных условиях, относятся:

1. Биофильтры с загрузкой (рис. 11).

2. Биофильтраторы, илоотделители и илоуплотнители.

3. Биореакторы аэробные и анаэробные (рис. 13)

4. Аэрационные установки – аэротенки (рис.12)

 

В связи с интенсификацией процессов биоочистки наибольшее распространение получили биореакторы различных типов. Данный тип сооружений позволяет комбинировать таки конструкции как аэротенк и отстойник, илоуплотнители, биофильтры, что обеспечивает компактность конструкции и возможность очистки сточных вод, независимо от времени года и внешних факторов (могут осуществлять очистку как в аэробных, так и анаэробных условиях).

 

Рис. 11. Биофильтр с загрузкой из пеностекла:

1 – корпус биофильтра, 2 – загрузка, 3 – вентиляционные окна,

4 – днище биофильтра, 5 – подача сточной воды, 6 – отвод осветленной сточной жидкости, 7 – опора оросителя, 8 – реактивный ороситель,

9 – оросительные штанги.

 

 

Рис.12. Аэротенк с аэробным стабилизатором и механической аэрацией:

1 – подача сточных вод,

2 – камера аэротенка,

3 – смеситель,

4 – стабилизатор потока,

5 – циркуляционный трубопровод,

6 – вторичный отстойник,

7 – зона отстаивания,

8 – аэробный стабилизатор,

9 – электродвигатель,

10 – затопленный водослив,

11 – камера дегазации.

 

Рис. 13. Биореактор