Процессы и аппараты защиты окружающей среды

Вертикальный отстойник (рис. 50, б) представляет собой цилиндрический или квадратный в плане резервуар с коническим днищем. Сточную воду вводят по центральной трубе. После ввода она движется вверх к желобу. Для равномерности распределения воды конец вводной трубы снабжен раструбом и распределительным щитом. Таким образом, оседание частиц происходит в восходящем потоке, скорость которого составляет 0,4-0,6 м/с. Высота зоны осаждения - 4-5 м.

Рис. 50. Отстойники:

а - горизонтальный: 1 - входной лоток; 2 - отстойная камера; 3 - выходной лоток; 4 - приямок;

б - вертикальный: 1 - цилиндрическая часть; 2 - центральная труба; 3 - желоб, 4 - коническая часть;

в - радиальный: 1 - корпус; 2 - желоб; 3 - распределительное устройство; 4 - успокоительная камера; 5 - скребковый механизм;

г - трубчатый;

д - с наклонными пластинами: 1 - корпус; 2 - пластины; 3 - шламоприемник.

Радиальные отстойники представляют собой круглые в плане резервуары (рис. 50, в), вода в которых движется от центра к периферии. Глубина проточной части такого отстойника составляет 1,5-5 м, а отношение диаметра к глубине - от 6 до 30. Обычно используются отстойники диаметром 9-60 м. Такие отстойники применяются при расходах сточных вод свыше 2000 м3/сут.

Повысить эффективность работы отстойников можно, увеличивая не только площадь, но и глубину отстаивания. Это используется в трубчатых (рис. 50, г) и пластинчатых (рис. 50, д) аппаратах.

В трубчатых отстойниках основным рабочим элементом являются пучки труб квадратного, круглого или шестиугольного сечения. Трубки устанавливаются под некоторым углом к горизонту. Трубчатые отстойники с небольшим углом наклона работает периодически.

Пластинчатые отстойники имеют в корпусе ряд параллельно установленных пластин с расстоянием между ними 25-100 мм. Пластины устанавливаются под некоторым углом к горизонтали, достаточным для самопроизвольного сползания осадка. Этот угол устанавливается экспериментально. Основной эффект в трубчатых и пластинчатых отстойниках достигается за счет уменьшения глубины отстаивания, что позволяет в несколько раз уменьшить продолжительность очистки.

Среди гравитационных отстойников, используемых в промышленности, можно выделить группу простейших устройств - аппаратов периодического действия. Как правило, это цилиндрические резервуары большого диаметра (рис. 51) Аппарат 1 объемом V периодически заполняется суспензией, которая отстаивается в течение времени фо. Сначала сливается чистая жидкость через патрубки 2, а затем удаляется образовавшийся концентрированный осадок через патрубок 3. Такой отстойник называется периодического действия. Он же может работать и в непрерывном режиме.

Суспензия

Рис. 51. Схема гравитационного отстойника

1 - корпус; 2 - патрубки для отвода отстоя; 3 - патрубок для выгрузки осадка.

Производительность такого отстойника не зависит от его высоты, а зависит от скорости осаждения частиц (гидравлической крупности - U), продолжительности нахождения суспензии в отстойнике (ф) и площади отстойника (S).

S = Qc /k t U, (83)

где Qc - суточная производительность отстойника,

t - суточная продолжительность работы отстойника,

U - гидравлическая крупность частиц,

к - коэффициент объемного использования площади отстойника равный отношению среднего фактического времени пребывания воды в отстойнике к расчетному. Для вертикальных отстойников этот коэффициент равен 0,4-0,5, а для радиальных и горизонтальных - 0,71-0,8.

Значительно повышается эффективность отстаивания в тонкослойных отстойниках, когда при невысоких концентрациях взвешенных веществ теряется различие между Ш и 1У зонами. В этом случае не формируется зона стесненного осаждения, а высота отстаивания уменьшается. Этот показатель, как правило, рассчитывается по формуле

Hотс = Qч/ S, (84)

где Qч - часовая производительность отстойника.

Как правило, высота отстаивания составляет 0,5 - 1 м. Эта высота и принимается для расчетов в тонкослойных пластинчатых или трубчатых отстойниках. В других отстойниках она, как правило, должна быть в 3-4 раза больше.

Осветлители. Эти аппараты отличаются от отстойников тем, что в их работе для ускорения процесса оседания частиц используют специальные реагенты - коагулянты или флокулянты, способствующие агрегации, то есть укрупнению частиц. Механизм действия этих реагентов будет описан ниже.

Фильтрование. Для улавливания тонких частиц часто используется фильтрование сточных вод путем их через тонкие перегородки или насыпные слои зернистых материалов.

В качестве фильтрующих перегородок используют перфорированные листы и сетки из нержавеющей стали, алюминия, никеля, меди, латуни и других металлов, а также разнообразные тканевые перегородки (асбестовые, стекловолоконные, хлопчатобумажные, шестяные, из синтетических волокон. Выбор перегородки зависит от коррозионной активности очищаемой воды, физико-химических свойств и концентрации отделяемых осадков. Для осуществления процесса фильтрации в этом случае используются все известные типовые фильтры: нутч-фильтры, пресс-фильтры, барабанные, дисковые, ленточные, карусельные и др.; непрерывно и периодически работающие; работающие под давлением и в вакууме.

Более широко в водоочистной практике используются фильтры с насыпным фильтрующим зернистым материалом. В качестве насыпных материалов используются кварцевый песок, антрацит, дробленый керамзит, шлаки и др.

t = 1/K (h/v 1,7 б 0,7 - sd/v), (85)

где h - высота слоя загрузки, v - скорость фильтрации, d - диаметр зерен загрузки, остальные коэффициенты.

Требования к фильтрации следующие:

1)зависящее от концентрации взвешенных веществ в исходной и очищенной воде фильтрование должно идти в направлении убывающей крупности зерен загрузки с целью предотвращения образования малопроницаемых пленок на поверхности загрузки.

2)при этом должна быть предусмотрена интенсивная промывка зерен загрузки при наступлении проскока загрязненных вод

3)фильтры должны обладать малой чувствительностью к колебаниям качества и расхода воды.

Требования к фильтрующим материалам:

Q = 0,785qD, (86)

где D - диаметр цилиндрической части гидроциклона,

q - удельный расход воды, для определяемый по формуле:

q = 4,32 U, (87)

где U - гидравлическая крупность загрязняющего воду материала.

При проектировании открытых гидроциклонов рекомендуются следующие значения геометрических характеристик: D = 2-10 м; высота цилиндрической части H=D, диаметр входного отверстия d=0,1D. Угол конической части б = 60о.

Напорные гидроциклоны (рис. 49) применяют для выделения из сточных вод механических частиц со скоростью осаждения менее 0,02 м/с. Производительность напорных циклонов определяется по формуле:

Q = kDd v 2?p/с , (88)

где с - плотность очищаемой сточной воды,

k - опытный коэффициент, равный 0,524 для гидроциклонов с диаметром цилиндрической части 0,125-0,6 м и углом конической части 30о.

Рис. 54. Схема напорного гидроциклона:

1 - входной патрубок; 2 - труба для отвода воды; 3 - труба для отвода шлама.

Многоярусные гидроциклоны по принципу выделения механических частиц из жидкости аналогичны напорным гидроциклонам. Устройство в камере гидроциклона нескольких секций (ярусов), через которые последовательно проходит очищаемая вода, позволяет более полно использовать объем гидроциклона и уменьшить время пребывания жидкости в циклоне.

Жироловки. Очистка сточных вод от маслосодержащих примесей в зависимости от состава и концентрации примесей производится отстаиванием, обработках в гидроциклонах, флотацией и фильтрованием. При отстаивании происходит всплывание частиц масел с плотностью, меньшей плотности воды, по тем же законам, что и осаждение тяжелых частиц. Процесс отстаивания осуществляется в отстойниках, а также маслоловушках при незначительной концентрации механических загрязнений. Конструкция маслоловушек аналогична конструкции горизонтального отстойника (рис. 55).

U = (gd2/18)(сч - сж) / сж , (89)

где d - диаметр осаждаемых частиц,

сч , сж - плотности загрязнителя и жидкости.

В этом случае расчет сводится к определению геометрических размеров ловушек и времени отстаивания сточной воды.

Очистка сточных вод от маслосодержащих примесей фильтрованием - заключительный этап очистки. В качестве фильтрующего материала используют кварцевый песок, доломит, керамзит и др. На рис. 51 представлена схема полиуретанового фильтра. Устройство состоит из решетки 1 и патрона 2 с фильтрующим элементом 3 из вспененного полиуретана. Решетка задерживает твердые частицы, а фильтр задерживает жир. Пенополиуретаны, обладая большой маслопоглощательной способностью, обеспечивают очистку до 0,97 - 0,99 при скорости фильтрования 0,01 м/с. Насадка из пенополиуретана легко регенерируется механическим отжиманием маслопродуктов.

2 1 2

Рис. 56. Схема полиуретанового фильтра:

1 - решетка; 2 - патрон; 3 - насадки из пенополиуретана.

Лекция 16. Химические, физико-химические и биологические методы очистки и обезвреживания сточных вод

Химическая или реагентная очистка производственных сточных вод может применяться как самостоятельный метод перед подачей производственных сточных вод в систему оборотного водоснабжения, а также перед спуском их в водоем или городскую канализационную сеть. Применение химической очистки в ряде случаев целесообразно перед биологической или физико-химической очисткой. Химическая обработка находит применение также и как метод глубокой очистки производственных сточных вод с целью их дезинфекции, обесцвечивания или извлечения из них различных компонентов.

Нейтрализация. На железнодорожном транспорте и других отраслях промышленности производственные сточные воды от технологических процессов содержат щелочи NaOH, КОН, кислоты HCl, H2SO4, H3PO4, а также соли металлов, образованных на основе кислот или щелочей. Поэтому с целью предупреждения коррозии материалов канализационных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и водоемах, а также осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов кислые и щелочные стоки подвергают нейтрализации. В результате нейтрализации в водных растворах происходит реакция между гидратированными ионами водорода и ионами гидроксида, содержащимися соответственно в сильных кислотах и основаниях, с образованием молекулы воды и гидроксида металлов. В результате рН среды приближается к 7. Указанные реакции и способы нейтрализации подробно рассмотрены в главе 2. Здесь же рассмотрим расчет расхода реагентов.

Расход щелочного (кислого) реагента на нейтрализацию 1 м3 кислоты (щелочи), содержащейся в сточных водах, определяется по формуле:

m = CM1/М2, (90)

где С - концентрация кислоты (щелочи) или солей металлов, содержащихся в сточной воде, кг/м3;

M1 - молекулярная масса щелочного (кислого) реагента;

М2 - молекулярная масса кислоты (щелочи) или солей металлов, содержащихся в сточной воде.

В качестве реагента для нейтрализации используют любые щелочи, кислоты или их соли (NaOH, KOH, H2SO4, известняк, доломит, мел, мрамор, магнезит, сода и др.).

Процессы нейтрализации осуществляют в специальных реакторах, оборудованных перемешивающим устройством, и при необходимости проветривания - системой вытяжной вентиляции. Расчет реакторов достаточно подробно изложен в книге Плановский А.Н., Николаев П.И. «Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологий» [1], поэтому в данной работе не рассматривается.

Кроме нейтрализации к химическим методам очистки относятся осаждение, окисление и электрохимическая обработка. Химизм этих процессов рассмотрен в главе 2. По методам расчета и аппаратурному оформлению осаждение и окисление мало отличается от нейтрализации, поэтому в данной главе они не рассматриваются.

Электрохимическая обработка широко используется для очистки сточных вод от шестивалентного хрома. Этот метод основан на пропускании постоянного электрического тока через сточную воду, находящуюся в открытых или закрытых электролизных ваннах, в которых размещены попеременно чередующиеся стальные аноды и катоды. При этом в сточной воде не должно содержаться механических примесей со скоростью осаждения (всплывания) более 0,0003 м/с и концентрацией их более 0,05 кг/м3. Очистка сточных вод от соединений шестивалентного хрома основана на реакции восстановления бихромат- и хромат-ионов ионами трехвалентного железа, которые образуются при электролитическом растворении анода, а также гидроксидом железа Fe(ОН)2, который возникает в сточной воде при взаимодействии ионов Fe2+ и ОН- (при рН ? 5,5).

В промышленных условиях биохимическую очистку сточных вод от соединений хрома проводят на установках, использующих в качестве питательной среды городские бытовые сточные воды со средним значением БПК 0,1 г/л. На рис. 52. представлена схема установки биохимической очистки хромсодержащих сточных вод гальванического цеха. Бытовые сточные воды с расходом 0,0236 м3/с из отстойника 1 насосом подают в смеситель 2, куда одновременно поступают хромсодержащие сточные воды с расходом 0,013 м3/с и концентрацией соединений хрома до 85 мг/л, а также активный ил с содержанием бактерий рода Pseudomonas. Из смесителя сточные воды с активным илом поступают в биовосстановители 3, в которых происходит процесс биохимического восстановления хроматов с образованием гидроксида хрома. Процесс восстановления идет при постоянном перемешивании смеси и поддержании активного ила во взвешенном состоянии. Из биовосстановителей сточная вода поступает в отстойник 4, отстаивается и очищенная от хрома направляется в резервуар 5. В этот же резервуар сбрасывается избыточный активный ил с гидроксидом хрома и осадок сточных вод из отстойника 1. Осевший активный ил из отстойника 4 перекачивается в смеситель 2 для поддержания в биовосстановителях концентрации, равной 7 г/л. Из резервуара 5 сточная вода перекачивается в канализацию и далее поступает в биологические установки станции водоочистки, где в первичных отстойниках осаждается гидроксид хрома.

Ме+ + Н(К) = Ме(К) + Н+

Ме+ + Na(К) = Ме(К) + Na+

Где Ме+ - катион, находящийся в сточной воде, (К) - сложный комплекс катионита.

Регенерация катионитов осуществляется промывкой кислотой (при Н-катионите) или раствором хлористого натрия (при Na-катионите)

2Ме(К) + Н2SО4 = 2Н(К) + МеSО4

Ме(К) + NaCl = Na(K) + MeCl

Поскольку в сточных водах, как правило, содержится несколько катионов, большое значение имеет селективность их поглощения. Для каждого вида катионита установлены ряды катионов по энергии их вытеснения.

Слабоосновные аниониты поглощают анионы сильных кислот

2(А)ОН + Н2SО4 = (А)2SО4 + 2Н2О

Регенерация слабоосновных анионитов достигается фильтрованием через слой анионита 2-4%-ных водных растворов NaOH, Na2CO3, NH4OH

Флотация процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха) и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания.

Процесс очистки сточных вод, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы, методом флотации заключается в образовании комплексов «частицы-пузырьки», всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости. Прилипание частицы к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается несмачивание или плохое смачивание частицы жидкостью.

На рис. 58 представлена схема ионообменной очистки сточных вод ванн хромирования от соединений хрома. Сточные воды поступают в приемный резервуар 1, откуда насосом 2 подаются в фильтр 3 для очистки от механических примесей. Очищенная от механических примесей сточная вода поступает в последовательно расположенные анионитовые фильтры 4 и 5, заполненные иономебменной смолой АВ-17 в ОН-форме. Очищенная таким образом вода вновь подается в ванну хромирования 12. Вспомогательный катионовый фильтр 6 предназначен для дополнительной обработки сточной воды в пусковой период. В бак 7 поступают выделенные соединения хрома. Бак 8 предназначен для сбора отработанного раствора. Емкости 13 - со щелочью и 14 - с кислотой предназначены для промывки фильтров. Промывной раствор нейтрализуется в баке 11, куда дозатором 9 одновременно подается необходимое для нейтрализации количество извести из бака 10.

Рис. 58. Схема ионообменной очистки сточных вод ванн хромирования:

1 - приемный резервуар; 2 - насос; 3 - фильтр; 4 и 5 - анионитовые фильтры, заполненные ионообменной смолой; 6 - катионитовый фильтр; 7 - бак для сбора соединений хрома; 8 - бак для сбора отработанного раствора; 9 - дозатор; 10 - бак для известкового молока; 11 - бак для нейтрализации промывного раствора; 12 - ванна хромирования; 13 и 14 - емкости со щелочью и кислотой.

Жидкостная экстракция. При относительно высоком содержании в производственных сточных водах растворенных органических веществ, представляющих техническую ценность (например, фенолы и жирные кислоты), эффективным методом очистки является экстракция органическими растворителями - экстрагентами. Этот метод основан на распределении загрязняющего вещества в смеси двух взаимонерастворимых жидкостей соответственно его растворимости в них. Отношение взаимно уравновешивающихся концентраций в двух несмешивающихся растворителях при достижении равновесия является постоянным и называется коэффициентом распределения

Кр = Сэ/Своды = const. (91)

После достижения равновесия концентрация экстрагируемого вещества в экстрагенте значительно выше, чем в сточной воде. После экстракции вода и насыщенный экстрагент разделяются. Затем сконцентрированное в экстрагенте вещество отделяется от растворителя и может быть утилизировано. Экстрагент после этого используется вновь в технологическом процессе очистки.

Флотация. Наиболее существенные принципиальные отличия способов флотации связаны с насыщением жидкости пузырьками воздуха определенной крупности. По этому принципу выделяются следующие способы флотации:

1)флотация с выделением воздуха из раствора (вакуумные, напорные, эрлифтные флотационные установки);

2)флотация с механическим диспергированием воздуха (импеллерные, безнапорные и пневматические флотационные установки);

3)флотация с подачей воздуха через пористые материалы;

4)электрофлотация;

Флотация с выделением воздуха из раствора применяется при очистке сточных вод, содержащих очень мелкие частицы загрязнений. Поскольку позволяет получать самые мелкие пузырьки воздуха. Сущность его заключается в создании перенасыщенного раствора воздуха в сточной воде (воду обрабатывают в аэрационной камере 1-3 мин). Затем ее перемещают во флотационную камеру. Выделяющийся из такого раствора воздух образует микропузырьки, которые и флотируют содержащиеся в сточной воде загрязнения. Количество воздуха, которое должно выделиться из пересыщенного раствора обычно составляет 1-5% объема обрабатываемой сточной воды.

Флотация с механическим диспергированием воздуха. При перемещении струи воздуха в воде в ней создается интенсивное вихревое движение, под действием которого воздушная струя распадается на отдельные пузырьки. Энергичное перемешивание сточной воды во флотационных установках создает в ней большое число мелких вихревых потоков, что позволяет получить пузырьки определенной величины.

Флотация с подачей воздуха через пористые материалы отличается простотой аппаратурного оформления и относительно малым расходом энергии. Воздух во флотационную камеру подается через мелкие фильтросные пластины, трубы, насадки, уложенные на дне камеры. Величина отверстий должна быть 4-20 мкм, давление воздуха 0,1-0,2 Мпа, продолжительность флотации 20-30 мин, расход воздуха определяется экспериментально.

Электрофлотация. Сущность электрофлотационного способа очистки сточных вод заключается в переносе загрязняющих частиц из жидкости на поверхность с помощью пузырьков газа, образующихся при электролизе воды. В процессе электролиза воды на катоде выделяется водород, а на аноде - кислород. Основную роль играют мелкие пузырьки, образовавшиеся на катоде. При применении растворимых анодов (в основном железных и алюминиевых) происходит переход катионов железа и алюминия, приводящий к образованию хлопьев гидроокиси. Одновременное образование хлопьев коагулянта и пузырьков газа в стесненных условиях межэлектродного пространства создает предпосылки для надежного закрепления газовых пузырьков на хлопьях и интенсивной коагуляции загрязнений, что обеспечивает эффективность флотационного процесса. Такие установки называются электрокоагуляционно-флотационными.

Электродиализ - процесс сепарации ионов солей, осуществляемый в мембранном аппарате под действием постоянного электрического тока, применяемый для опреснения высокоминерализованных сточных вод. Электродиализатор разделен чередующимися катионитовыми и анионитовыми мембранами, образующими концентрирующие (рассольные) и обессоливающие (дилюатные) камеры. Под действием постоянного тока катионы, двигаясь к катоду, проникают через катионитовые мембраны, но задерживаются анионитовыми, а анионы, двигаясь в направлении анода проходят через анионитовые мембраны, но задерживаются катионитовыми. В результате этого из одного ряда камер ионы обоих знаков выводятся в один ряд камер (рис. 59).

Рис. 59. Схема процесса электродиализа:

А - анионитовые мембраны; К - катионитовые мембраны; 1 - выход газообразного водорода; 2 - подача сточной воды; 3 - выход газообразных хлора и кислорода; 4 - выпуск обессоленной воды; 5 - выпуск рассола

Обратный осмос (гиперфильтрация) - непрерывный процесс молекулярного разделения растворов путем их фильтрования под давлением через полунепроницаемые мембраны, задерживающие полностью или частично молекулы или ионы растворенного вещества. При приложении давления выше осмотического (равновесного) осуществляется перенос растворителя в обратном направлении (от раствора к чистому растворителю через мембрану) и обеспечивается достаточная селективность очистки (рис. 60). Необходимое давление, превышающее осмотическое, составляет при концентрации солей 2-5 г/л 0,1-1 МПа и при концентрации солей 20-30 г/л - 5-10 МПа.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 60. Схема обратного осмоса

Ультрафильтрация - мембранный процесс разделения растворов, осмотическое давление которых мало. Этот метод используется при отделении сравнительно высокомолекулярных веществ, взвешенных частиц, коллоидов. Ультрафильтрация по сравнению с обратным осмосом - более высокопроизводительный процесс, так как высокая производительность мембран достигается при давлении 0,2-1 Мпа.

Биологические методы очистки сточных вод

Различают очистку в естественных и искусственных условиях. К методам биологической очистки сточных вод в естественных условиях относятся: почвенная очистка, биологические пруды, биоплато. Методы биологической очистки сточных вод в искусственных условиях: биофильтры, аэротенки, окситенки, погружные биофильтры, биотенки-биофильтры, анаэробные биофильтры.

Методы биологической очистки сточных вод в естественных условиях

Почва - это сложный комплекс органических и неорганических веществ, заселенный большим числом различных микроорганизмов. В почве отсутствуют благоприятные условия для развития патогенной микрофлоры, паразитирующей в организме человека, вследствие чего почва представляет собой надежный и мощных фактор обезвреживания сточных вод. В результате почвенной очистки одновременно решаются две основные задачи - минерализация внесенных органических веществ и обеззараживание.

Сооружения почвенной очистки сточных вод по мощности разделяют на малые (с расчетной пропускной способностью 0,5-700 м3/сут), средние (1400-80000 м3/сут) и крупные (100000-280000 м3/сут). К таким сооружениям относятся площадки подземной фильтрации, фильтрующие колодцы, песчано-гравийные фильтры, фильтрующие траншеи с естественным или искусственным слоем грунта, а также коммунальные поля орошения, земледельческие поля орошения и поля наземной фильтрации. Применяют несколько видов систем орошения: сплошной залив, залив по бороздам и полосам, дождевание и подпочвенное орошение. Считают, что из всех способов орошения подпочвенное наиболее удовлетворяет эпидемиологическим, санитарно-техническим, агроэкономическим, эстетическим и водохозяйственным требованиям.

К сожалению, орошение сточными водами не позволяет достаточно эффективно очищать их от органических веществ и не исключает возможность загрязнения почвы и выращиваемых культур патогенными бактериями и яйцами гельминтов. В связи с этим почвенная очистка по масштабам применимости значительно уступает методам естественной очистки в искусственных сооружениях и методам искусственной биологической очистки.

Биологические пруды - искусственно созданные водоемы, в которых для очистки сточных вод используются естественные процессы. Эти пруды могут применяться как для очистки, так и для глубокой очистки сточных вод, прошедших биологическую очистку. Это последнее назначение биологических прудов имеет преимущественное распространение.

Различают пруды с естественной и искусственной аэрацией. Аэрация способствует улучшению деятельности микрофлоры, а также прямому окислению органики за счет кислорода воздуха. Конструкция биологического пруда с искусственной аэрацией для очистки и доочистки сточных вод пропускной способностью 1400 м3/сут приведена на рис. 61.

Рис. 61. Аэрируемые биологические пруды для очистки и доочистки сточных вод пропускной способностью 1400 м3/сут:

Потоки: І - сточная вода, поступающая на первую ступень очистки; П - то же, поступающая на П и Ш ступени очистки; Ш - сточная вода после биологической очистки; ІУ - то же, после доочистки; 1, 2, 3 - аэрируемый биологический пруд соответственно І, П, Ш ступени; 4, 5 - биологический пруд соответственно І и П ступени с естественной аэрацией; 6 - контактная емкость; 7 - аэраторы.

Кроме окислительного действия микрофлоры и кислорода воздуха значительную активность в очистке принимает высшая водная растительность, которая своей корневой системой сорбирует и поглощает органические и неорганические вещества-загрязнители. Кроме этого водная растительность играет существенную роль в окислительных процессах, а также способствует снижению концентрации биогенных элементов и регулирует кислородный режим водоема.

Методы биологической очистки сточных вод в искусственных условиях

Всю совокупность сооружений биологической очистки разделяют на три группы по признаку расположения в них активной биомассы (или активного ила): 1)когда активная биомасса закреплена на неподвижном материале, а сточная вода тонким слоем скользит по материалу загрузки;

2)когда активная биомасса находится в воде в свободном (взвешенном состоянии);

3)когда сочетаются оба варианта расположения биомассы.

Первую группу сооружений составляют биофильтры, вторую - аэротенки, циркуляционные окислительные каналы, окситенки, третью - погружные биофильтры, биотенки, аэротенки с заполнителями.

Биофильтры. Важнейшей составной частью биофильтра является загрузочный материал (рис. 62). По его типу все биофильтры делятся на две категории: с объемной и плоской загрузкой. Строго говоря, плоская загрузка тоже объемная, хотя занимаемый ею объем невелик. Отсутствует принципиальная разница между биофильтрами, загруженными шлаком, гравием, керамзитом, пластмассовыми материалами. Важной составляющей любого биофильтра является создание условий для закрепления биомассы на его разветвленной поверхности и образование биопленки, которая способствует интенсивному окислению содержащихся в сточной воде органических веществ.

Рис. 62. Типы загрузки биофильтров:

а - кольца Рашига; б - кольца с перегородкой; в - кольца с крестообразной перегородкой; г - кольца Палля; д - седла Берля; е - седла «Инталокс»; ж - полые цилиндры с отверстиями; з - жесткая блочная загрузка; и - мягкая загрузка.

Биофильтры классифицируются на капельные (рис. 63) и с объемной загрузкой (рис. 64). Биофильтры с плоской загрузкой делятся по категориям по типу загрузки: с жесткой засыпной, жесткой блочной и мягкой.

Рис. 63. Капельный биофильтр:

1 - дозирующие баки сточной воды; 2 - спринклеры; 3 - железобетонная стенка; 4 - загрузка биофильтра; 5 - подача сточной воды; 6 - отводящий лоток.

Рис. 65. Схемы аэротенков:

а - вытеснители; б - смесители; в - с рассредоточенным выпуском воды; г - типа АНР (по К.Бойте); д - с регенераторами; е - ячеистого типа; І - сточная вода; П - активный ил; Ш - иловая смесь; 1 - аэротенк; 2 - вторичный отстойник; 3 - регенератор.

Период аэрации в аэротенке, работающем по принципу смесителя, определяется по формуле:

t = (La - Lt)/с a (1 - S), (92)

где La и Lt - БПК соответственно поступающей и очищенной сточной воды;

а - количество возвратного ила, выраженное в долях единицы от расхода воды;

с - скорость окисления загрязнений, мг БПК на 1 г беззольного вещества или в 1 ч;

S - зольность или, доля единицы.

Окситенки. Это сооружения биологической очистки, в которых вместо воздуха используется технический кислород или воздух, обогащенный кислородом. Конструктивно окситенк выполнен в виде резервуара круглой в плане формы с цилиндрической перегородкой, отделяющей зону аэрации от зоны илоотделения (рис. 66). В средней части цилиндрической перегородки устроены окна для перепуска иловой смеси из зоны аэрации в илоотделитель; в нижней части - для поступления возвратного ила в зону аэрации. Илоотделитель работает со взвешенным слоем активного ила, уровень которого стабилизируется автоматически путем сброса избыточного ила через трубу.

Рис. 66. Конструкция окситенка:

1 - продувочный трубопровод; 2, 5 - задвижки с электроприводом; 3 - электродвигатель; 4 - турбоаэратор; 6 - герметичное перекрытие; 7 - трубопровод для подачи кислорода; 8 - вертикальные стержни; 9 - сборный лоток; 10 - трубопровод для сброса избыточного ила; 11 - резервуар; 12 - окно для перепуска иловой смеси из зоны аэрации в илоотделитель; 13 - цилиндрическая перегородка; 14 - скребок; 15 - окно для перепуска возвратного ила в зону аэрации; 16 - зона аэрации; 17 - трубопровод для подачи сточной воды в зону аэрации; 18 - илоотделитель; 19 - трубопровод для выпуска очищенной воды.

Сточная вода поступает в зону аэрации по трубе. Под воздействием скоростного напора, развиваемого турбоаэратором, иловая смесь через окна поступает в илоотделитель. Благодаря направляющим щиткам жидкость в нем медленно движется по окружности. В сочетании с перемешивающим устройством все это значительно интенсифицирует процесс отделения и уплотнения ила. Очищенная вода проходит сквозь слой взвешенного активного ила, дочищается от взвешенных и растворенных органических веществ, поступает в сборный лоток и отводится по трубке. Возвратный активный ил опускается по спирали вниз и через окна поступает в камеру аэрации. Окситенк оборудуется системой автоматики, обеспечивающей подачу кислорода в зону аэрации в соответствии со скоростью его потребления.