Очистка сточных вод в аэротенках

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сточные воды и их краткая характеристика

Сточные воды - это пресные воды, изменившие после использования в бытовой и производственной деятельности человека свои физико-химические свойства и требующие отведения.

По происхождению сточные воды могут быть классифицированы на следующие: бытовые, производственные и атмосферные.

Бытовые сточные воды образуются в жилых, административных и коммунальных (бани, прачечные и др.) зданиях, а также в бытовых помещениях промышленных предприятий. Это сточные воды, которые поступают в водоотводящую сеть от санитарных приборов (умывальников, раковин или моек; ванн, унитазов и трапов - напольных приборов с решетками). Особенности образования этих сточных вод хорошо известны.

Производственные сточные воды образуются в процессе производства различных товаров, изделий, продуктов, материалов и пр. К ним относятся отработавшие технологические растворы, маточники, кубовые остатки, технологические и промывные воды, воды барометрических конденсаторов, вакуум-насосов и охлаждающих систем; шахтные и карьерные воды; воды химводоочистки, воды от мытья оборудования и производственных помещений, а также от очистки и охлаждения газообразных отходов, очистки твердых отходов и их транспортировки.

Атмосферные сточные воды образуются в процессе выпадения дождей и таяния снега, как на жилой территории населенных пунктов, так и территории промышленных предприятий, АЗС и др. Часто эти воды называют дождевыми или ливневыми, вследствие того, что в большинстве случаев максимальные (расчетные) расходы образуются в результате выпадения ливней (дождей).

Основными характеристиками сточных вод являются: количество сточных вод, характеризуемое расходом, измеряемым в л/с или м3/с, м /ч, м /смену, м3/сут и т.д.; виды (компоненты) загрязнений и содержание их в сточных водах, характеризуемое концентрацией загрязнений, измеряемой в мг/л или г/м3. Важной характеристикой сточных вод является степень равномерности (или неравномерности) их образования и поступления в водоотводящие системы. Обычно она определяется неравномерностью поступления сточных вод по часам суток в году. Эти характеристики учитываются при проектировании водоотводящих систем.

В бытовых сточных водах содержатся загрязнения минерального и органического происхождения. Те и другие находятся в нерастворенном, растворенном и коллоидном состояниях. Часть нерастворенных загрязнений, задерживаемых при анализах на бумажных фильтрах, называют взвешенными веществами. Наибольшую санитарную опасность представляют загрязнения органического происхождения. В бытовых сточных водах взвешенных веществ органического происхождения содержится в среднем 100…300 мг/л. Содержание органических загрязнений, находящихся в растворенном состоянии, оценивается значениями биохимической потребности в кислороде (БПК) и химической потребности в кислороде (ХПК).

БПК определяют в зависимости от назначения анализа как в предварительно отстоянной, так и в неотстоянной сточной воде при температуре 20 °С. Таким образом, БПК показывает концентрацию кислорода, требуемого на окисление коллоидных и растворенных загрязнений, а также той части нерастворимых веществ, которые не задержаны в отстойниках. Такой метод основан на том, что в очистных сооружениях, окислительному процессу подвергаются только эти вещества; нерастворимые же осаждающиеся вещества выделяются в отстойниках.

Биохимическая потребность в кислороде определяется за 20 суток и обозначается БПК20. Для многих видов сточных вод БПК20 равна БПКполн и принимается для расчета очистных сооружений. Биохимическое потребление кислорода часто определяют за 5 дней (так называемая пятисуточная проба БПК5). что соответственно указывается в анализах. Определение БПК5 рекомендуется как стандартное при эксплуатации очистных сооружений.

В поверхностных водах величины БПК₅ изменяются обычно в пределах 0,5-4 мгO₂/дм³ и подвержены сезонным и суточным колебаниям. Определение БПК₅ в поверхностных водах используется с целью оценки содержания биохимически окисляемых органических веществ, условий обитания гидробионтов и в качестве интегрального показателя загрязненности воды. Необходимо использовать величины БПК₅при контролировании эффективности работы очистных сооружений. Сезонные изменения зависят в основном от изменения температуры и от исходной концентрации растворенного кислорода. Влияние температуры сказывается через ее воздействие на скорость процесса потребления, которая увеличивается в 2-3 раза при повышении температуры на 10^oC. Влияние начальной концентрации кислорода на процесс биохимического потребления кислорода связано с тем, что значительная часть микроорганизмов имеет свой кислородный оптимум для развития в целом и для физиологической и биохимической активности. Суточные колебания величин БПК₅ также зависят от исходной концентрации растворенного кислорода, которая может в течение суток изменяться на 2,5 мг/дм³ в зависимости от соотношения интенсивности процессов его продуцирования и потребления. Весьма значительны изменения величин БПК₅ в зависимости от степени загрязненности водоемов.

Величины БПК₅ в водоемах с различной степенью загрязненности

Для водоемов, загрязненных преимущественно хозяйственно-бытовыми сточными водами, БПК₅ составляет обычно около 70% БПК_полн.. В зависимости от категории водоема величина БПК₅ регламентируется следующим образом: не более 3 мгO₂/дм³ для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования и не более 6 мгO₂ /дм³ для водоемов хозяйственно-бытового и культурного водопользования. Для морей (I и II категории рыбохозяйственного водопользования) пятисуточная потребность в кислороде (БПК₅) при 20^оС не должна превышать 2 мгO₂/дм³.

БПК_полн.

Полным биохимическим потреблением кислорода (БПК_полн.) считается количество кислорода, требуемое для окисления органических примесей до начала процессов нитрификации. Количество кислорода, расходуемое для окисления аммонийного азота до нитритов и нитратов, при определении БПК не учитывается. Для бытовых сточных вод (без существенной примеси производственных) определяют БПК₂₀, считая что эта величина близка к БПК_полн.Полная биологическая потребность в кислороде БПК_полн. для внутренних водоемов рыбохозяйственного назначения (I и II категории) при 20^оС не должна превышать 3 мгO₂ /дм³.

ХПК - химическое потребление кислорода

количество кислорода, потребленное при химическом окислении содержащихся в воде органических веществ до неорганических продуктов под действием окислителей.

ХПК в настоящее время считается одним из наиболее информативных показателей антропогенного загрязнения вод. Этот показатель, в том или ином варианте, используется повсеместно при контроле качества природных вод, исследовании сточных вод и др. Результаты определения окисляемости выражаются в миллиграммах потребленного кислорода на 1 л воды (мгО/л).

Нормативы на ХПК в воде водоемов: для питьевой воды - 5,0 мгО/л (для перманганатной окисляемости), ХПН - 15 мгО/л; КБН - 30 мгО/л (для бихроматной окисляемости).

Аэротенки

Аэротенк представляет собой резервуар, в котором медленно движется смесь активного ила и очищаемой сточной жидкости. Для лучшего и непрерывного контакта они постоянно перемешиваются путем подачи сжатого воздуха или с помощью специальных приспособлений. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов-минерализаторов в аэротенк должен непрерывно поступать кислород воздуха. Активный ил представляет собой биоценоз микроорганизмов-минерализаторов, способных сорбировать на своей поверхности и окислять в присутствии кислорода воздуха органические вещества сточной жидкости. Хороший активный ил имеет компактные хлопья средней крупности.

Эффект очистки в аэротенках, качество и окислительная способность активного ила определяются составом и свойствами сточных вод, гидродинамическими условиями перемешивания, температурой и активной реакцией среды, наличием элементов питания и другими факторами.

Качество ила обусловливается многими факторами. При прочих равных условиях оно зависит от соотношения между массой активного ила (по сухому веществу) и массой загрязняющих веществ, находящихся в очищаемой воде. Это соотношение характеризует нагрузку на ил, которая выражается количеством извлеченных из сточных вод загрязнений по ВПК, приходящихся на 1 г беззольного вещества активного ила. Как правило, 1 г ила сохраняет свою нормальную активность при нагрузке на него 200--400 мг кислорода. При более высоких нагрузках (1000--1200 мг/л), т. е. при работе аэротенков на неполную очистку, активный ил обязательно регенерируют.

Различают понятия нагрузка на ил и окислительная способность ила. Нагрузка на ил характеризует количество поданных загрязнений, а окислительная способность-- количество снятых (переработанных) загрязнений. Окислительная способность зависит от дозы ила, т.е. от количества ила в г (по сухому веществу) в 1 л. Доза ила в аэротенках разных систем и конструкций изменяется от 1 до 20 г/л.

Существует также понятие возраст ила -- среднее время пребывания ила в аэротенках. очистка сточный вода аэротенк

Показатель качества активного ила -- его способность к оседанию, которая оценивается иловым индексом, представляющим собой объем активного ила, мл, после 30-минутного отстаивания 100 мл иловой смеси, отнесенный к 1 г сухого вещества ила. Глубоко минерализованный ил имеет индекс 60--90. Недостаточно хорошо работающий ил способен «вспухать». В этом случае иловый индекс более 150--200.

Смесь сточной жидкости с активным илом должна аэрироваться на всем протяжении аэротенка. Это необходимо не только для того, чтобы обеспечить микроорганизмы-минерализаторы достаточным количеством кислорода воздуха, но и для поддержания ила во взвешенном состоянии. Кислород нагнетается в аэротенк воздуходувками или засасывается из атмосферы при сильном перемешивании содержимого аэротенка.

Отличительная особенность аэротенка как сооружения биологической очистки в том, что процесс очистки можно регулировать до необходимой по местным условиям степени. Чем длительнее процессы аэрации, чем больше воздуха и активного ила, тем лучше очищается вода.

Различают аэротенки-смесители, аэротенки-вытеснители и аэротенки промежуточного типа. В зависимости от местных условий аэротенки проектируют либо на полную, либо на частичную биологическую очистку. По технологической схеме различают аэротенки одноступенчатые, двухступенчатые и аэротенки с регенераторами.

Прошедшая аэротенк сточная вода вместе с активным илом поступает во вторичный отстойник, где активный ил отделяется от очищенной сточной воды. Отделенный активный ил снова перекачивается в канал перед аэротенком для дальнейшего использования. Этот ил называется циркуляционным. В процессе окисления им органического вещества количество ила в связи с ростом микроорганизмов и наличием органических загрязнений непрерывно возрастает, поэтому часть ила приходится все время удалять.

В самом начале процесса при смешении сточной жидкости с активным илом загрязнения сорбируются на активном иле и частично окисляются, в результате чего резко снижается биохимическая потребность сточной жидкости в кислороде. По существу, загрязнения извлекаются довольно быстро, примерно в течение 2 ч. Частичная сорбция нерастворимых и коллоидных веществ может происходить и при недостатке кислорода. На второй стадии процесса активный ил регенерируется, т. е. восстанавливается его сорбционная способность, а также окисляются задержанные ранее на иле загрязнения. Скорость потребления кислорода на этой стадии процесса значительно меньше, чем в первой. На третьей стадии процесса идет нитрификация аммонийных солей, скорость потребления кислорода здесь снова возрастает.

Одноступенчатые аэротенки имеют ряд недостатков. В таких аэротенках нельзя интенсифицировать процесс очистки стоков путем увеличения дозы активного ила, так как с увеличением дозы ила наблюдается повышенный вынос его из вторичных отстойников, что приводит к загрязнению очищенной воды. Кроме того, при залповом поступлении сточных вод, содержащих токсичные примеси, может резко нарушиться жизнедеятельность микронаселения активного ила или даже произойдет его гибель. В обоих случаях нормальная работа аэротенка нарушается на длительное время.

Сам ход потребления кислорода во времени при биохимическом окислении в аэротенке свидетельствует о том, что можно разделить сооружения на две части в соответствии с фазами окисления. Если, например, по местным санитарным условиям сточную жидкость можно спустить в водоем без полной ее очистки, то конструкцию аэротенка можно рассчитать на продолжительность пребывания в нем воды в соответствии с первой фазой окисления. Такой аэротенк будет очищать сточную жидкость только частично. При частичной очистке сточной жидкости сорбирующая способность активного ила восстанавливается дополнительной аэрацией в резервуарах, называемых регенераторами.

Основные схемы очистки сточных вод в аэротенках

В зависимости от способа подачи и распределения воздуха аэротенки бывают с пневматической, поверхностной (механической) аэрацией и с аэрацией смешанного типа. В аэротенки с пневматической аэрацией воздух подается воздуходувками и поступает в жидкость через аэраторы, обычно фильтросного типа. Механическая аэрация осуществляется специальными механическими аэраторами, которые интенсивно перемешивают жидкость и засасывают воздух из атмосферы. В отечественной и зарубежной практике наибольшее распространение получила пневматическая аэрация, но для небольших установок применяют и механическую аэрацию.

Для полной биологической очистки бытовых сточных вод или их смеси с производственными сточными водами раньше чаще всего применяли обычные одноступенчатые аэротенки. По сравнению с другими они относительно просты в эксплуатации, но недостаточно экономичны. В этих аэротенках очистка сточной жидкости и регенерация активного ила осуществляются в одном сооружении.

Аэротенки, работающие с регенераторами, обеспечивают стабильность процесса биохимической очистки сточных вод. Процесс извлечения загрязнений из воды отделен от окисления их в активном иле, поэтому собственно аэротенки проектируются на меньшее время пребывания в них сточной воды, так как их задача -- извлекать загрязнения. В регенераторах окисляются загрязнения, задержанные на активном иле. В них активный ил находится более длительное время. Такой способ очистки, когда в собственно аэротенках протекает первая стадия процесса, а в регенераторе -- вторая и третья стадии, позволяет увеличить концентрацию загрязнений, приходящуюся на ил. В аэротенке поддерживается обычная нагрузка на ил, в регенераторе она повышается. Таким образом, средняя нагрузка на ил возрастает, и эти сооружения работают более эффективно. Применение аэротенков с регенераторами позволяет уменьшить общий строительный объем этих сооружений на 10--20% по сравнению с объемом одноступенчатых аэротенков.

Средняя скорость процесса очистки в аэротенке может быть повышена несколькими путями. Один из них-- дифференцированная подача воздуха по длине аэротенка в количестве, необходимом для окисления органических веществ. Однако в связи с трудностями такого распределения воздуха этот способ не получил распространения. Практически удовлетворительное выравнивание скорости потребления кислорода по всему аэротенку можно обеспечить путем равномерного смешения вновь поступающей сточной жидкости и активного ила со всей массой воды, находящейся в аэротенке. Этот принцип (разработан проф. Н.А. Базякиной) положен в основу аэротенков-смесителей.

Рис. 1. Схема работы двухступенчатых аэротенков

Смешение достигается децентрализованным впуском и выпуском сточной жидкости и активного ила или только впуском очищаемой жидкости. В первом случае вода и активный ил подаются в аэротенк равномерно по всей длине; впуски расположены на расстоянии 3--4 м друг от друга. Во втором случае сточная вода подается рассредоточенно по длине аэротенка (в первую половину его длины), причем впускается она дифференцированно в четырех точках; в первую (от начала) -- 10% общего количества сточных вод, во вторую и третью точки -- по 35%, в четвертую -- 20%. Активный ил подается централизованно в начале аэротенка. Воздух распределяется равномерно по длине аэротенка.

Дифференцированная подача очищаемой воды в аэротенк улучшает кислородный режим в нем и сохраняет во всех сечениях аэротенка постоянную нагрузку на ил. Такая подача целесообразна также и при регенерации активного ила. Эти аэротенки, как показала практика, экономичны и удобны в эксплуатации даже при повышении концентрации загрязнений в воде, поэтому они получили широкое распространение при очистке производственных сточных вод. Наиболее полно дифференцирована подача активного ила в аэротенках-отстойниках, объединяющих конструктивно два сооружения: аэротенк-смеситель и вторичный отстойник.

Стадийность процесса биохимического окисления органических веществ положена в основу ступенчатой очистки сточных вод (рис. 1). В аэротенке первой ступени завершается первая стадия очистки: сорбция органических загрязнений активным илом и окисление некоторой части задержанных загрязнений. Неполностью очищенная сточная вода поступает в аэротенк второй ступени, где происходит окончательная очистка воды. Двухступенчатая очистка может осуществляться как с регенерацией, так и без нее. Обычно регенераторы предусматривают для каждой ступени очистки сточной воды. Ступенчатую очистку целесообразно применять при высокой концентрации загрязнений в сточных водах. В аэротенках практически можно достичь полной степени очистки.

За рубежом применяют также схемы очистки по системе длительной аэрации, т. е. без прироста активного ила. В этих аэротенках происходит не только очистка воды, но и полное самоокисление активного ила, что возможно при очень длительной аэрации. Используют такие схемы только для станций небольшой пропускной способности. При благоприятных местных условиях можно предусматривать также частичную очистку сточных вод в аэротенках.

Для частичной очистки слабоконцентрированных сточных вод применяют аэротенки с дозой активного ила 0,5 г/л и продолжительностью аэрации до 3 ч. При этих условиях БП1\ жидкости снижается всего на 60-- 70%; ил хорошо отстаивается и лучше уплотняется. Очистка на этих аэротенках предусматривается без предварительного осветления воды в отстойниках. Такая схема рекомендуется для малых станций и малоконцентрированных сточных вод.

Интенсивность аэрации зависит от условий насыщения смеси сточной воды и активного ила кислородом, а также от тщательности перемешивания их и поддержания во взвешенном состоянии. Следует иметь в виду, что интенсивность аэрации обусловливает стоимость всего сооружения: чем меньше интенсивность аэрации, тем больше должны быть размеры сооружения, а следовательно, тем выше его стоимость и меньше эксплуатационные затраты на подачу воздуха, и наоборот. Оптимальную интенсивность аэрации следует выбирать на основании сравнительных технико-экономических подсчетов.

На кафедре канализации МИСИ им. В.В. Куйбышева были проведены экспериментальные исследования работы аэротенков с отдельной регенерацией, которые позволили предложить метод расчета этих сооружений. В аэротенках протекает процесс сорбции загрязнений на активном иле, для которого требуется меньше времени, чем общее время, необходимое для переработки и окисления всех загрязнений, содержащихся в воде и иле. Объем собственно аэротенка определяется скоростью сорбции, общий же объем системы -- скоростью переработки всех загрязнений.

Размещено на Allbest.ru