Теоретические основы процесса

Аэротенки - сооружения для биологической очистки сточных вод представляют собой открытые железобетонные резервуары. Очистка ведется от остатка взвешенных веществ, от коллоидных соединений, и, главное, от растворенных органических примесей. В аэротенк подаются сточные воды, воздух и активный ил.

Активный ил – это совокупность микроорганизмов, рабочая микрофауна. Ил представляет собой рыхлое вещество коричневого цвета. Он обладает сорбционной и окислительной способностью. Он поглощает, или сорбирует, на себе органические загрязнения сточных вод, а затем в результате ферментативных реакций их окисляет, минерализует. Ил примерно на 70% состоит из органических соединений, 30% - минеральная часть. То есть, зольность ила S=0,3; остальное – это беззольное вещество.

Воздух в аэротенке необходим, во-первых, для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов, для окисления органических соединений и, во-вторых, для поддержания ила во взвешенном состоянии.

В процессе биологической очистки можно выделить несколько стадий. Чем глубже специалист понимает процесс, тем больше стадий он может выделить; для начального изучения процесса достаточно усвоить три основные фазы биологической обработки сточных вод (см. рис.1)

 

График «Фазы биологической очистки»

 

L (мг/л) – график изменения БПК сточных вод в процессе аэрации;

m_i (г/л) – график изменения массы ила в аэротенке в процессе аэрации;

1 фаза - поглощение (сорбция) илом органических соединений; прирост ила до требуемой нагрузки, доведение нагрузки на ил до его окислительной мощности;

2 фаза - собственно очистка – окисление загрязнений, сорбированных илом; иначе этот процесс называется регенерацией ила;

3 фаза - аэробная стабилизация ила (минерализация, самоокисление ила).

 

Рис.1

 

На графике первые две фазы (1+2) называются в целом полной биологической очисткой; 3-я фаза – стадия продленной аэрации, или стадия самоокисления ила. Если прошли все три фазы процесса (1+2+3), значит, произошло полное окисление.

К концу первой фазы БПК сточных вод снижается примерно до 15 мг/л; углерод содержащие соединения, в основном, извлечены из сточных вод, они перешли на ил. Далее, во второй фазе процесса, БПК снижается очень медленно. В основном, идет окисление загрязнений, сорбированных илом, т.к. их концентрация на иле значительно больше, чем в растворе. И при БПК≈15мг/л начинается процесс нитрификации, т.е. окисление аммонийного азота до нитритов и нитратов. Когда завершается окисление загрязнений, сорбированных илом, начинается третья фаза процесса – самоокисление ила: в условиях недостатка питания микроорганизмы начинают «поедать» друг друга.

В объеме аэротенка выделяют две зоны:

- 1 - зона аэрации сточных вод; здесь происходит преимущественно сорбция илом загрязнений; продолжительность аэрации сточных вод составляет t_at составляет 1,5-2,5 часа; концентрация свободного кислорода поддерживется примерно на уровне 2 мг/л; доза ила в зоне – 1,5-3 г/л;

- 2 – регенератор; здесь происходит регенерации отработанного активного ила. Ил интенсивно продувается воздухом, при этом окисляются органические соединения, сорбированные на его поверхности в зоне аэрации в предыдущем цикле очистки. Ил оздоравливается, восстанавливаются его сорбционные и окислительные свойства. Концентрация (доза) ила в регенераторе составляет 5-10 г/л, продолжительность регенерации ила – 4-8 часов. Понятно, что процесс окисления органических примесей, сорбированных на иле, начинается не после завершения сорбции; два эти процесса начинаются одновременно в зоне аэрации, но окисление происходит медленнее, чем сорбция, поэтому длится значительно дольше и заканчивается уже в регенераторе (см.рис.2).

По графику «Фазы биологической очистки»: 1 фаза проходит в зоне аэрации сточных вод; 2-ая – в регенераторе; 3-я может быть только в аэротенке с продленной аэрацией или в аэробном стабилизаторе.

 

Динамика процессов сорбции и окисления

в процессе биологической очистки

 

- t_at - продолжительность аэрации сточных вод (1 фаза БХО),

- t_r – продолжительность регенерации ила (II фаза БХО),

- t_o - общая продолжительность окисления, t_o= t_at+ t_r

Рис.2

 

Динамика процесса очистки, представленная на рис.2, характерна для сточных вод с БПК≥150мг/л.

Если БПК сточных вод, подаваемых на очистку, составляет менее 150мг/л, то общая продолжительность окисления t_o=(t_at+ t_r) не превышает обычно 6 часов; при этом скорость окисления загрязнений не намного меньше скорости их сорбции, t_o≈t_at,, t_r≈0. Тогда процессы изъятия и окисления загрязнений в отдельные отсеки не выделяют, все происходит в одном объеме; устраивают аэротенк без регенератора.