Биологическая очистка сточных вод

Степень загрязнения воды органическими веществами можно определить по количеству кислорода, необходимому для окисления органических веществ под воздействием аэробных микроорганизмов-минерализаторов, которые существуют в присутствии кислорода. Общее количество кислорода, необходимое для окисления органических веществ аэробными микроорганизмами, называется биохимической потребностью в кислороде, обозначается БПК и выражается количеством кислорода в мг/л или г/м³.

В качестве основного показателя для расчета очистных сооружений служит величина БПК_полн, т. е. количество кислорода, расходуемого для полного окисления биохимическим путем. Для многих видов сточных вод для проведения полного биохимического процесса необходимо 20сут, т. е, БПК_полн равна БПК₂₀.

Общее количество кислорода, необходимое для перевода углерода органических соединений в углекислый газ, водорода в воду, азота в аммиак, серы в серный ангидрид, называется химической потребностью в кислороде, обозначается ХПК.

Разность ХПК - БПК₂₀ может служить показателем прироста микробиальной среды (ила). Для хозяйственно-бытовых сточных вод эта разница не имеет существенного значения, так как БПК₂₀ в этом случае составляет примерно 86 % ХПК; однако производственные сточные воды имеют ХПК, превышающую БПК₂₀ на 50 % и более.

Соотношение между БПК₂₀ и ХПК указывает на необходимость применения биохимической очистки сточных вод.

Биологическая очистка является второй и окончательной ступенью очистки сточных вод предприятий мясной, молочной и рыбной промышленности.

После механической очистки БПК сточной воды снижается на одну треть. Остальная часть органических загрязнений удаляется при помощи биологической очистки.

Различают полную и неполную биологическую очистку. После полной очистки получают сточную воду, имеющую БПК для окисления оставшихся растворенных загрязнений в размере 10... 15 мг/л; после неполной очистки — 30...50 мг/л.

К наиболее простым и дешевым в строительстве и эксплуатации сооружениям для биологической очистки сточных вод относятся поля орошения и фильтрации, биологические пруды, циркуляционные окислительные каналы, или аэроканалы. Более эффективными, но сложными и дорогими в исполнении, являются биологические фильтры и аэротенки различных типов в комплексе со вспомогательным оборудованием (хлораторные, смесители, дезинфекторы, дозаторы, насосные и компрессорные станции, трубопроводы).

Поля орошения представляют собой спланированные земляные площадки с сетью каналов, предназначенные для выращивания в основном кормовых культур.

Поля орошения могут служить только для биологической доочистки сточных вод, прошедших предварительную очистку.

Воду на полях орошения распределяют по бороздам, по полосам (затоплением), по подпочвенным дренажным оросительным трубам. Для подпочвенного орошения на глубине 0,5... 1,8 м укладывают керамические или асбестоцементные трубы диаметром 75... 100 мм без герметизации стыков. Такие поля называют полями подземной фильтрации. Норму полива устанавливают в зависимости от местных условий от 5 до 20 м³ сточных вод на 1 га в сутки.

Земляные участки, предназначенные только для биологической очистки, называют полями фильтрации. В этом случае сброс сточных вод увеличивают до 150...250 м³ на 1 га в сутки.

Для полей выбирают участки с пористыми грунтами (песчаными, супесчаными и суглинистыми) и с низким стоянием грунтовых вод. Уровень грунтовых вод должен быть на глубине не менее 1,5...3 м

В биологических прудах происходит естественный процесс очистки, интенсификацию которого производят за счет обогащения сточной жидкости кислородом воздуха с помощью механических аэраторов или путем разбрызгивания ее дождевальными установками. В биологических прудах производят главным образом доочистку биологически очищенных сточных вод после биологических фильтров и аэротенков. После очистки в прудах БПК_полн снижается до 5...6 мг/л.

Перед окислительными секциями прудов, число которых должно быть не менее двух, устраивают отстойные секции.

Циркуляционные окислительные каналы (ЦОК) рекомендуются главным образом для биологической очистки сточных вод предприятий молочной промышленности, расположенных в климатических условиях со среднегодовой температурой не менее 6 °С. Производительность ЦОКов в зависимости от размеров канала может быть от 100 до 1500 м³ в сутки.

Биологические фильтры разделяют на капельные и высоконагружаемые (аэрофильтры). Капельные фильтры из-за сложности эксплуатации их в зимних условиях в настоящее время на предприятиях мясной, молочной и рыбной промышленности не предусматриваются.

Высоконагружаемый биологический фильтр устраивают в виде круглого или прямоугольного бетонного резервуара. В нижней части расположена решетка (колосники), на которую насыпают отсортированный загрузочный фильтрующий материал слоем 3...5 м. В качестве загрузочного материала используют щебень, гальку прочных пород или керамзит с размером частиц 30...70 мм.

В конструкциях биологических фильтров стали применять сетчатую или трубчатую загрузку, которая представляет собой блоки из поливинилхлорида, полистирола, полиэтилена, полиамида.

По распределительным трубопроводам сверху подается сточная жидкость, осветленная в отстойниках. Распределители бывают различных конструкций. Наибольшее распространение получила стационарная спринклерная система разбрызгивания и вращающаяся реактивная.

При протекании жидкости через толщу загрузочного материала обеспечивается непрерывное поступление в фильтр воздуха, который необходим для окислительных процессов. При этом на поверхности щебня или гравия развивается аэробная биологическая пленка, которая перерабатывает часть сложных органических загрязнений сточных вод в простые окисленные соединения.

Другая часть загрязнений окисляется кислородом воздуха. Избыток пленки, состоящей из живых микробов — минерализаторов, смывается и уносится жидкостью в сборный лоток. Если сточная жидкость содержит много жира, то биологическая пленка погибнет и фильтр выйдет из строя.

Биологические процессы очистки, несмотря на большую толщину фильтрующего слоя, за счет искусственной вентиляции идут интенсивно. В междонное пространство с помощью вентилятора подают воздух из расчета 8...12 м³ на 1 м³ сточной воды. БПК_полн сточной воды, поступающей на очистку, не должна превышать 300 мг/л во избежание заиления загрузки фильтра; при более высоком значении БПК исходную жидкость разбавляют очищенной, т. е. применяют частичную рециркуляцию.

Полную биологическую очистку осуществляют в аэротенке.

Сточная жидкость, очищенная в двухъярусном отстойнике (или осветлителе-перегнивателе), сливается в аэротенк. При насыщении сточной воды кислородом воздуха окисление и минерализация суспендированных, коллоидных и растворенных органических веществ происходит интенсивно с образованием активного ила. Активный ил легко взмучивается и вместе с очищенной жидкостью выносится во вторичный отстойник. Осевший ил перекачивают насосом по трубопроводу в аэротенк для повторного использования. Этот ил называют циркуляционным. Со временем образуются излишки ила, и часть его перекачивают в двухъярусный отстойник, откуда периодически удаляют на иловые площадки. Очищенная вода поступает в контактный резервуар для дезинфекции, а затем сбрасывается в водоем.

Изменяя количество подаваемого воздуха и продолжительность пребывания жидкости в аэротенке, можно добиться полной очистки сточных вод в течение суток; в естественных условиях при соответствующей самоочищающей способности водоема на это потребовалось бы до 20 сут.

Общая схема компоновки внеплощадочных очистных сооружений для крупных предприятий мясной, молочной и рыбной промышленности показана на рис. 2.

Рисунок 2 – Схема компоновки внеплощадочных очичтных сооружений производительностью 400…700 м²/сут:

1 – трубопровод подачи сточной воды на очистку; 2 – решётка; 3 – иловые площадки; 4 – песколовка; 5 – трубопровод избыточного активного ила; 6 – осветлитель-перегниватель; 7 – иловая насосная станция; 8 – трубопровод циркуляционного активного ила; 9 – аэротенк; 10 – вторичный отстойник; 11 - насосная станция; 12 – хлораторная; 13 – ершовый смеситель; 14 – контактные резервуары; 15 – водоём.

Сточные воды подают по трубопроводу 7 на решетку 2, песколовку 4 и далее в осветлитель-перегниватель 6. Отстоенная вода поступает в аэротенк 9, в котором при режиме продленной аэрации происходит полное окисление и минерализация органических веществ, а также частичная минерализация избыточного активного ила.

Во вторичном отстойнике 10 активный ил оседает. Очищенную воду перед сбросом в водоем обеззараживают (дезинфицируют) жидким хлором, раствором хлорной извести или гипохлоритом натрия, получаемым в электролизерах из поваренной соли. Дозировку хлора производят в хлораторной 12, где размещены аппараты-хлораторы, баллоны с жидким хлором, склад реагентов и пр.

Дозу активного хлора принимают после полной биохимической очистки равную 3, после неполной — 5 г на 1м³ отстоенной воды. Смешивание хлора с водой производят обычно в ершовых смесителях 13. Для обеспечения обеззараживания воду выдерживают 30 мин в контактных резервуарах 14, число которых должно быть не менее двух. После очистки и дезинфекции воду сбрасывают в водоем 15. Остаточная доза активного хлора в обеззараженной воде установлена не менее 1,5 г/м³.

Избыток активного ила из вторичного отстойника по трубопроводу 5 перекачивается насосной станцией 11 в осветлитель-перегниватель и частично по циркуляционному трубопроводу 8 в аэротенк для повторного использования. Осадок из песколовки транспортируют на иловые площадки, а отстоенной иловой водой разбавляют исходную сточную воду, тем самым, снижая концентрацию загрязнений. Обработанный осадок из осветлителя-перегнивателя перекачивают иловой насосной станцией 7 на иловую площадку, необработанный осадок (из осветлителя) перекачивают обратно в перегниватель.