Глава 27. СООРУЖЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ
Биологические фильтры относятся к сооружениям биологической очистки сточных вод в искусственно созданных условиях.
По производительности биофильтры подразделяют на капельные и высоконагружаемые.
По способу подачи воздуха различают биофильтры с естественной и искусственной вентиляцией. Для капельных биофильтров используют естественную вентиляцию, для высоконагружаемых — как естественную, так и искусственную вентиляцию. В последнем случае биофильтры называют аэрофильтрами.
Капельные биофильтры. Капельные биофильтры состоят из следующих основных элементов: водонепроницаемого основания, дренажа, стенок (воздухонепроницаемых или воздухопроницаемых), фильтрующей загрузки и распределительного устройства. В плане капельные биофильтры могут иметь прямоугольную или круглую форму.
Сущность процессов, протекающих в биофильтре, такова. На поверхности зерен загрузки фильтра сорбируются нерастворенные и коллоидные загрязнения, образуя биологическую пленку, заселенную микроорганизмами. Попадая на эту пленку, растворенные загрязнения сточных вод окисляются микроорганизмами. Отмершая пленка смывается сточной жидкостью и выносится из тела биофильтра.
Осветленная в первичных отстойниках сточная жидкость периодически через специальное устройство равномерно распределяется по площади биофильтра (рис. III.43). Пройдя через слой загрузки и дренаж, жидкость собирается системой лотков и отводится по ним во вторичный отстойник. Назначение вторичного отстойника состоит в задержании отмершей биологической пленки, выносимой из биофильтра.
1— дозирующий бак; 2 — распределительная сеть; 3—фильтрующая загрузка; 4 — дренаж; 5 — сборный лоток
Капельные биофильтры применяют при расходе сточных вод не более 1000 м3/сут.
Расчет капельного биофильтра заключается в определении объема загрузки, площади в плане, числа секций, размеров распределительных устройств и лотков для сбора очищенной жидкости.
Рабочая высота биофильтра равна 1,5—2 м.
Высоконагружаемые биофильтры. Эти фильтры отличаются от капельных особенностями конструктивного и эксплуатационного характера. К особенностям конструктивного характера относятся увеличение крупности зерен загрузки, изменение конструкции днища и дренажа, увеличение высоты загрузки. Особенности эксплуатационного характера состоят в уменьшении перерывов в подаче жидкости и повышении гидравлической нагрузки на 1 м2 площади фильтра, что способствует вымыванию отмершей биологической пленки, в разбавлении в необходимых случаях поступающего стока очищенными сточными водами, т. е. в применении рециркуляции для снижения БПК-
По принципу действия различают высоконагружаемые биофильтры, работающие на полную и неполную очистку.
По режиму работы высоконагружаемые биофильтры делят на работающие с рециркуляцией и без рециркуляции. Снижая БПК поступающих на биофильтры сточных вод, рециркуляция обеспечивает устойчивую работу фильтров.
По способу очистки высоконагружаемые биофильтры могут быть одноступенчатыми и двухступенчатыми. В первой ступени проводится частичная очистка воды, а во второй—полная.
По способу подачи воздуха различают высоконагружаемые биофильтры с естественной и искусственной вентиляцией.
По высоте высоконагружаемые фильтры делят на низкие (до 2 м) и высокие (2 м и выше).
По виду загрузки высоконагружаемые фильтры могут быть с объемной загрузкой (гравий, щебень, керамзит и пр.) и с плоскостной загрузкой (кольца или обрезки из керамических или пластмассовых засыпных элементов, жесткая загрузка в виде решеток или блоков из плоских или гофрированных листов и пр.).
Расчет высоконагружаемых биофильтров проводят в такой последовательности.
1. Определяют коэффициент
K = La/Lt (III.25)
где La и Lt — БПК20 сточной жидкости, поступающей на биофильтр, в БПК2о очищенной сточной жидкости, мг/л.
2. По среднезимней температуре сточной жидкости и найденному значению К, используя табл. 39 СНиП 11-32-74, которая здесь не приводится, определяют рабочую высоту биофильтра Н, гидравлическую нагрузку q и количество подаваемого воздуха В.Рабочая высота биофильтра колеблется в пределах 2—4 м, гидравлическая
нагрузка — 10—30 м3/м2 в сутки, количество подаваемого воздуха — 8—12 м3 на 1 м3 сточной жидкости.
La сточной жидкости должно быть не более 300 мг/л. При L,, более 300 мг/л необходима рециркуляция.
3. Определяют LCM — БПК20 смеси сточной жидкости для биофильтров рециркуляцией и п — коэффициент рециркуляции:
(III.26)
(III.27)
4.Определяют площадь биофильтров, по формулам:в случае их работы без рециркуляции
F = Q/q (III.28)
в случае их работы с рециркуляцией
F=Q(n + 1)/q, (III.29)
где Q — расчетный расход сточных вод, м/сут.
Конструктивные особенности биофильтров. В качестве загрузочного материала для фильтров используют щебень и гальку прочных пород, а также керамзит и пластмассы. Крупность загрузочного материала для высоконагружаемых фильтров принимается равной 40—60 мм по всей высоте загрузки. Крупность материала нижнего поддерживающего слоя высотой 0,2 м составляет 60—100 мм. Крупность загрузочного материала для капельных биофильтров принимается равной 30—50 мм с постепенным увеличением по глубине.
Распределение сточной жидкости по поверхности биофильтров осуществляется неподвижными разбрызгивателями или подвижными реактивными оросителями. Наибольшее распространение из неподвижных разбрызгивателей получили спринклерные установки. Спринклерная установка состоит из дозирующего бака, распределительных труб и спринклеров. Спринклерные головки-насадки, установленные на вертикальных отростках, соединены с распределительными трубами, уложенными в теле биофильтра.
Для нормальной работы биофильтра необходима подача воздуха в. достаточном количестве. В капельных биофильтрах обычно используется естественная вентиляция, создаваемая разностью температур наружного воздуха и тела биофильтра. В высоконагружаемых биофильтрах воздух подается вентиляторами в пространство между дренажем и днищем.
В последние годы в отечественной и зарубежной практике находят распространение биофильтры,с пластмассовой загрузкой. Они имеют высокую производительности обеспечивают хорошую очистку. Высоту таких биофильтров принимают равной 3—4 м. В качестве загрузочного материала возможно применение блоков из поливинилхлорида, полистирола и других жестких, пластмасс.
АЭРОТЕНКИ
Аэротенки относятся к сооружениям биологической очистки сточных вод в искусственно созданных условиях. Обычно их выполняют в виде длинных железобетонных резервуаров (коридоров) глубиной 3—6 м и шириной 6—10 м. Поступающая в аэротенк осветленная жидкость смешивается с активным илом. Активный ил — это скопление микроорганизмов, способных сорбировать на своей поверхности органические загрязнения и окислять их в присутствии кислорода воздуха. Смесь осветленной сточной жидкости и активного ила по всей длине аэротенка продувается воздухом.
На рис., III.44 представлена схема работы аэротенка. Из аэротенка смесь сточных вод с активным илом направляется во вторичный отстойник, где активный ил осаждается и затем возвращается в аэротенки. Этот ил носит название циркулирующего активного ила.
В результате роста микроорганизмов и сорбции органических загрязнений масса ила в аэротенках непрерывно возрастает. С увеличением его концентрации в аэротенках увеличивается вынос активного ила из вторичных отстойников и снижается качество очищенной воды. Для предотвращения этого часть активного ила (избыточный активный ил) не возвращается в аэротенки, а направляется на илоуплотяители.
Процесс разложения органического вещества в аэротенке протекает в три фазы. В первой фазе происходит сорбция органических загрязнений на хлопьях активного ила и окисление легкоокисляющихся органических веществ. При этом ВПК сточной жидкости резко снижается. Во второй фазе окисляются трудноокисляющиеся органические вещества и происходит регенерация активного ила, т. е. восстановление его сорбирующей способности. В третьей фазе происходит нитрификация аммонийных солей.
Аэротенки можно применять для частичной и полной очистки сточных вод. Частичную очистку применяют, если местные условия позволяют использовать самоочищающую способность водоема.
Для обеспечения устойчивой работы аэротенков устраивают регенераторы — сооружения, в которых восстанавливается сорбирующая способность активного ила. Ил в регенераторах постоянно аэрируется. Под регенераторы обычно выделяют часть коридоров аэротенков. Существует ряд схем работы аэротенков. Кроме одноступенчатых аэротенков с регенерацией или без нее, работающих на полную или частичную очистку, применяют также аэротенки-смесители, двухступенчатые аэротенки и аэротенки со ступенчатой аэрацией.
Рис. 111.44. Схема работы аэротенка
/ — циркулирующий активный ил; 2 — избыточный активный ил; 3—насосная станция;4 — вторичный отстойник; 5 — аэротенк; 6 — первичный отстойник
Аэротенк-смеситель применяют обычно для очистки производственных сточных вод с высокой концентрацией органических загрязнений. В целях улучшения использования кислорода сточную жидкость подают в аэротенк-смеситель рассредоточенно по его длине.
Расчетный объем аэротенка зависит от расхода сточной жидкости, ее загрязненности органическими веществами, количества подаваемого воздуха и концентрации активного ила.
Продолжительность аэрации или время пребывания сточной жидкости в аэротенках устанавливают по формуле
(III.30)
где La и Lе — БПК20 поступающей в аэротенк сточной жидкости и БПК2о очищенной жидкости, мг/л; а — доза ила, принимаемая в аэротенках, работающих на полную очистку, равной 1,5 г/л; на неполную очистку — 2 г/л; в регенераторах — 4 г/л; S — зольность ила, равная 0,3; р — скорость окисления загрязнений, мг БПКго за 1 ч на 1 г беззольного вещества, определяемая по табл. 42 СНиП П-32-74
Удельный расход воздуха, м3 на 1 м3 сточной жидкости, следует определять по формуле
(III.31)
где Z — удельный расход кислорода, мг на 1 мг снятой в процессе очистки БПК2о (0,9—1,05); La и Lе —то же, что и в формуле (Ш.ЗО); K1 K2, nt; n2— коэффициенты, учитывающие тип аэратора, глубину его погружения, температуру сточных вод и их свойства (значения этих коэффициентов принимают по СНиП П-32-74); Ср — растворимость кислорода в жидкости; С — концентрация кислорода; растворенного в жидкости, находящейся в аэротенке (1—2 мг/л).
Объем аэротенка, м3:
(III.28)
Q –расход сточной жидкости, t продотжительность аэрации
Площадь аэротенка, м2:
F = V/H, (III.28)
где Н — рабочая глубина аэротенка, принимаемая равной 3—6 м.
Объем аэротенка V включает объем собственно аэротенка и объем регенератора. Объем регенератора при полной очистке должен составлять 25—50%, а при частичной очистке—50% расчетного объема аэротенка.
Расчетную площадь аэротенков разбивают на секции, каждая из которых состоит из нескольких коридоров (от двух до четырех). Часть коридоров (один — два) выделяется под регенераторы. Сточная жидкость переходит последовательно из одного коридора в другой. Длина аэротенков обычно назначается в пределах 50—130 м. Отношение ширины коридора к рабочей глубине аэротенка следует принимать от 1 : 1 до 1 : 2.
Различают аэротенки с продувкой сточной жидкости сжатым воздухом и аэротенки с механической аэрацией. Первые получили в СССР большее распространение. Воздух в аэротенки подается воздуходувками по системе воздуховодов. Распределение воздуха в аэротенке производится через пористые керамические материалы (фильтросные пластины, керамические трубы, синтетические ткани). На рис. II 1.45 показано распределение воздуха перфорированными трубами и фильтросными пластинами. Обычно воздух поступает в перфорированные трубы или в канал, по верху которого укладываются фильтросные пластины, из стояков, которые отходят от основного магистрального воздуховода, располагаемого на продольной стенке аэротенка. Расстояние между стояками принимается в пределах 20—40 м. Перфорированные трубы помещают с одной стороны коридора аэротенка вдоль его длины для обеспечения циркуляции потока в поперечном сечении. Отверстия в них диаметром 2—2,5 мм располагают на расстоянии 10—15 см друг от друга. Фильтросные пластины располагают в один — три ряда также с одной стороны коридора аэротенков вдоль его длины.