Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор конструктивных особенностей существующих компактных очистных сооружений и способов интенсификации их работы 9
1.1 Схемы очистки хозяйственно- бытовых сточных вод с использованием компактных очистных установок , 9
1.2 Современные конструкции компактных очистных сооружений, анализ их работы 13
1.3.Способы интенсификации работы компактных установок 23
Выводы 38
Цель и задачи исследований 40
2 Теоретические представления и экспериментальные данные о процессах очистки сточных вод с использованием прикрепленных биоценозов и флокулянтов 41
2.1 Анализ дисперсного состава хозяйственно-бытовых сточных вод, его влияние на скорость биохимической очистки воды 41
2.2 Обоснование использования преаэраторов с прикрепленной загрузкой для интенсификации работы первичных отстойников
2.3 Физико-химические основы процессов флокуляции 49
2.4 Закономерности процесса первичного осветления сточных вод. 61
2.5 Анализ процессов очистки сточных вод в аэротенках с прикрепленной микрофлорой
Выводы 72
3 Лабораторные исследования первичного отстаивания хозяйственно-бытовых сточных вод, предварительно обработанных методами биокоагуляциии и реагентной флокуляции 74
3.1 Объект исследований, программа и методика проведения лабора торных испытаний
3.1.1. Объект исследований 74
3.1.2 Описание установок для проведения лабораторных исследований 75
3.1.3 Программа и методика лабораторных исследований 77
3.1.4 Методика проведения химических анализов 82
3.2 Результаты экспериментальных исследований первичного отстаивания сточных вод, предварительно обработанных аэрацией и биокоагуляцией 84
3.3 Исследование влияния доз флокулянтов и параметров перемешивания на эффективность первичного отстаивания сточных вод 89
3.4. Оценка достоверности полученных экспериментальных данных. Разработка математической зависимости эффекта снятия БПК5 от эффективности взвешенных веществ из сточных вод после их предварительной обработки методами биокоагуляции и реагентной флокуляции.. 101
Выводы 102
4 Лабораторные исследования биологической очистки сточных вод, прошедших биокоагуляцию, реагентную обработку и первичное отстаивание 105
4.1 Описание установки, программа и методики проведения исследований
4.1.1 Описание лабораторной установки 105
4.1.2 Программам методика лабораторных исследований 106
4.1.3 Методика проведения химических анализов 108
4.2 Результаты экспериментальных исследований биологической очистки осветленных стоков на модели аэротенка с прикрепленной загрузкой
4.3 Оценка достоверности полученных экспериментальных данных. Разработка математической модели процесса удаления органических примесей в процессе биологической очистки сточных вод 127
Выводы 128
5 Производственные испытания компактной установки очистки хозяйственно-бытовых сточных вод с использованием прикрепленных биоценозов и флокулянтов. определение экономической эффективности предлагаемой технологии, рекомендации к проектированию и методика расчета основных элементов компактной установки 129
5.1 Производственные испытания установки «Биофлок-50» 129
5.2 Определение экономической эффективности технологии очистки хозяйственно-бытовых сточных вод с использованием прикрепленных микроорганизмов и флокулянтов ^6
5.3 Рекомендации к проектированию и методика расчета основных элементов компактной установки 140
5.3.1 Преаэратор с затопленной загрузкой 140
5.3.2. Смеситель и камера хлопьеобразования 142
5.3.3 Вертикальный первичный отстойник 143
5.3.4 Аэротенк с прикрепленными биоценозами 144
5.3.5 Вторичный отстойник 145
5.3.6 Фильтры доочистки 145
Выводы 147
Список использованной литературы 149
- Современные конструкции компактных очистных сооружений, анализ их работы
- Анализ процессов очистки сточных вод в аэротенках с прикрепленной микрофлорой
- Результаты экспериментальных исследований первичного отстаивания сточных вод, предварительно обработанных аэрацией и биокоагуляцией
- Результаты экспериментальных исследований биологической очистки осветленных стоков на модели аэротенка с прикрепленной загрузкой
Введение к работе
Во многих случаях к качеству очистки сточных вод малых населенных пунктов или отдельных объектов (санаториев, пансионатов, пионерских лагерей) предъявляются высокие требования, так как очищенные стоки сбрасываются в небольшие речки, ручьи или непроточные водоемы.
Очистка сточных вод в локальных системах канализации осуществляется, как правило, на компактных установках (сооружениях). Компактные очистные установки должны отвечать следующим основным требованиям:
простота эксплуатации, позволяющая осуществлять повседневное обслуживание сооружения с помощью минимального количества штатного персонала;
высокая надежность работы, обеспечиваемая в первую очередь выбором технологической схемы очистки;
простота конструкции установки, позволяющая применять заводское изготовление и монтаж всех ее основных узлов с минимальным объемом строительных работ;
невысокая стоимость изготовления, монтажа и эксплуатации очистной установки.
В настоящее время значительное внимание научно-исследовательских организаций уделяется усовершенствованию технологии биологической очистки и разработкам новых компактных установок, отвечающих современным требованиям экологической безопасности.
Одним из наиболее перспективных направлений совершенствования биологической очистки сточных вод является использование двух или трех ступеней биотенков с затопленной загрузкой. Большая удельная поверхность элементов затопленной загрузки с биопленкой обеспечивает высокую эффективность процессов окисления органических веществ и аммонийного азота, находящихся в сточных водах. Особый интерес в условиях высокой неравномерности сточных вод и малых концентраций органических примесей представляет использование аэротенков с прикрепленными микроорганизмами без свободно плавающего активного ила.
Как показал опыт эксплуатации компактных очистных установок, прикрепленная биомасса может успешно работать не только в аэротенках, осуществляя биологическую очистку сточных вод. Иммобилизованная биозагрузка, обладая высокими коагулирующими свойствами, также используется для улучшения процессов первичного отстаивания. Однако, чаще всего в таких случаях процессы биокоагуляции и первичного отстаивания происходят в анаэробных условиях, которые ухудшают эффективность задержания взвешенных веществ, что в свою очередь, влияет на качество последующей биологической очистки в аэротенках. Биокоагуляция взвеси свободно плавающим активным илом в аэробных условиях получила распространение только на крупных городских очистных сооружениях и, кроме того, имеет ряд недостатков в связи с невысокой прочностью образующихся агломератов.
Предварительная обработка сточных вод в реакторах с прикрепленной биопленкой, проходящая в аэробных условиях достаточно длительное время, может обеспечить не только эффективную биокоагуляцию загрязнений, но также и осуществить снижение БПК за счет окисления органических примесей. Указанные процессы позволяют улучшить качество первичного отстаивания и биологической очистки сточных вод в аэротенках, не увеличивая общих эксплуатационных затрат на очистку.
К недостаткам сооружений биологической очистки относятся их большие строительные объемы и высокий уровень потребления электроэнергии на аэрацию. Значительно сократить эксплуатационные затраты для таких сооружений позволит использование преимуществ физико-химических методов обработки сточных вод на этапах их первичного отстаивания и доочистки. Так, например, использование небольших доз синтетических высокомолекулярных флокулян-тов существенно ускоряет процесс осаждения в первичном отстойнике взвешенных веществ, предварительно скоагулированпых биопленкой в аэробном реакторе.
Таким образом, сочетание преимуществ биологического и физико-химического методов очистки сточных вод будет способствовать решению актуальной проблемы создания высокоэффективных и экономических компактных установок заводского изготовления.
Данная диссертационная работа выполнялась в рамках «Программы социально-экономического развития Пензенской области на 2002-20 Юг.г.», в которой значительное внимание уделено совершенствованию экономичности систем водоотведения малых населенных пунктов и объектов социально-культурного назначения.
Целью диссертации является разработка технологии интенсификации очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в компактных установках с использованием аэробной прикрепленной биопленки и флокулянтов.
Задачи исследования: В соответствии с поставленной целью в диссертации определены следующие задачи;
теоретическое исследование и анализ процессов очистки сточных вод с использованием прикрепленных биоценозов и флокулянтов;
теоретическое и экспериментальное обоснование применения комбинированного способа интенсификации первичного отстаивания хозяйственно-бытовых стоков с использованием иммобилизованных биоценозов, работающих в аэробных условиях и флокулянтов;
экспериментальное определение рациональных параметров и режимов процесса биологической очистки в аэротенках с затопленной загрузкой без свободно плавающего ила для осветленных стоков, предварительно обработанных комбинированным способом;
разработка новой технологии очистки хозяйственно-бытовых сточных вод на компактных установках с использованием флокулянтов и затопленной загрузки прикрепленными аэробными микроорганизмами;
разработка рекомендаций по проектированию устройств, входящих в предлагаемую технологическую схему очистки хозяйственно-бытовых сточных вод на компактных установках.
Научная новизна работы состоит:
в теоретическом и экспериментальном обосновании новой технологии очистки хозяйственно-бытовых сточных вод с использованием прикрепленных аэробных микроорганизмов и флокулянтов;
в определении влияния технологических характеристик затопленной загрузки, режимов аэрации и дозирования флокулянтов на процессы очистки
8 сточных вод в первичных отстойниках и ячеистых аэротенках, входящих в состав компактных установок;
- в получении аналитических зависимостей, адекватно описывающих
процессы первичного отстаивания и биологической очистки с предварительной
обработкой хозяйственно-бытовых сточных вод иммобилизованными аэробны
ми биоценозами и флокулянтами.
Практическая значимость диссертации:
предложена и апробирована в промышленных условиях новая технология глубокой очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в компактных очистных установках с применением реагентов и затопленной биозагрузки;
разработаны рекомендации к проектированию и расчету аппаратурного оформления предложенной технологической схемы.
Практическая реализация:
Новая технология очистки хозяйственно-бытовых сточных вод внедрена на компактных очистных сооружениях заводского изготовления производительностью 50 м /сут для дома-интерната в с.Поим Белинского района Пензенской области. Годовой экономический эффект от внедрения составил более 48 тыс, рублей в ценах 2006 года.
Апробация работы и публикации.
По материалам диссертации опубликованы 10 работ. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 5 всероссийских и международных конференциях в г.г.Пензе, Самаре, Тюмени в 2002 - 2006г.г.
Современные конструкции компактных очистных сооружений, анализ их работы
Компактные установки заводского изготовления с различным числом секций наиболее часто используются для очистки сточных вод биологическим и физико-химическим методами в диапазоне производительностей 25-700м /сут. Учитывая органический характер загрязнений сточных вод, наибольшее распространение получил биологический метод их очистки. Большой диапазон производительностей позволяет применять установки заводского изготовления для биологической очистки сточных вод от отдельно стоячих зданий (санаториев, пансионатов), а также поселков и районных центров с населением до 1000 человек.
За последние два десятилетия широкое применение получили установки типа КУ, которые для производительностей от 25 до 200м3/сут имеют в своем составе аэротенки продленной аэрации (полного окисления) [32,63]. Эти установки рассчитаны на очистку бытовых сточных вод при норме водоотведения 200 л/сут на одного человека, т.е. концентрация загрязнений в стоках составляет по БПК5 270мг/л, а по взвешенным веществам 325мг/л. Аэрационная зона установок рассчитана на окислительную мощность по BUK5j равную 270 г/(м3-сут), при средней дозе активного ила 3,5 - 4 г/л.
Установки производительностью более 25 м3/сут оборудованы пневматической системой аэрации. Схема установок типа КУ-25 - КУ-200 показана на рис. 1.5.
Установки продленной аэрации могут эксплуатироваться без удаления или с удалением избыточного активного ила. В первом случае избыточное количество избыточного ила выносится с очищенной сточной воды из вторичного отстойника. Такие сооружения обеспечивают очистку сточных вод в среднем по БПК2о до 30 - 40 мг/л и по взвешенным веществам до 40мг/л (с периодическим повышением до 100 - 120 мг/л), что недостаточно для соблюдения требований к очищенным стокам, сбрасываемым в водоем.
Для получения более высокой степени очистки сточных вод необходимо периодически удалять избыточный ил. Количество избыточного ила по сухому веществу равно 0,35кг на 1кг БПКП0ЛИ, а влажность ила, удаляемого из отстойника - 98 , из аэротенка - 99,4%. Удаляемый ил характеризуется хорошей водоотдачей и быстрым уплотнением. Он хорошо сохнет на иловых площадках. Для уменьшения иловых площадок применяют предварительное уплотнение ила. В аэрационных установках с отдельной стабилизацией ила, которые рекомендуются к применению при расходе сточных вод более 200 м3/сут, устраивают специальные секции для стабилизации ила.
Установка работает следующим образом. Сточная вода, поступающая в камеру аэрации через решетку (решетка находится на конце подводящей трубы в верхней части аэрационной камеры), смешивается с активным илом и аэрируется. Из камеры аэрации иловая смесь направляется через регулируемые отверстия в щель, которая образована двумя наклонными перегородками и выполняет роль воздухоотделителя. Осветляемые сточные воды далее проходят через взвешенный слой активного ила во вторичном отстойнике и удаляются через водослив. Осевший активный ил и всплывшие на поверхность воды в отстойники комки ила засасываются обратно в аэрационную камеру. Аэрационная камера установок БИО рассчитана на нагрузку по БПК5 185 - 370г/(м3-сут) при средней дозе ила 3 - 4г/л. Избыточный активный ил удаляется из установок БИО 2-3 раза в год ассенизационной машиной. При надлежащей эксплуатации установки обеспечивают очистку по БПК и взвешенным веществам в среднем на 90%, что вызывает необходимость использования дополнительных сооружений доочистки сточных вод. На ряде объектов работают установки КУО с механическими аэраторами, рассчитанные на производительность 25,50 и 100м /сут. На рис. 1.7. показана схема установки КУО - 50, позволяющей очистить сточные воды с ПБКП0Л„до 1000мг/л и содержанием взвешенных веществ до 300 мг/л.
Установка КУО - 50 является аэротенком - отстойником без принудительного возврата активного ила. По бокам установки расположены две зоны отстаивания. До поступления на установку сточные воды проходят через решетку в песколовку. Камера аэрации с иммпелерным аэратором АН -1М мощностью 5,5КВт рассчитана на режим полного окисления. Концентрация активного ила может достигать 4 г/л. Возврат активного ила производится через нижнюю щель под действием силы тяжести и подсоса циркуляционного потока в аэрационной камере. Осветленные сточные воды, прошедшие через слой взвешенного ила, отводятся лотками на обеззараживание.
В качестве обеззараживающих реагентов могут использоваться гипохло-рит натрия, хлорная известь или жидкий хлор.
Недостатками установок КУО являются недостаточная степень очистки сточных вод по БПК и взвешенным веществам, а также отсутствие унификации элементов в пределах серии и относительно сложная форма.
В Российской Федерации применяется также серия типовых очистных установок, разработанных ЦНИИЭП инженерного оборудования. Наибольшее распространение получили станции биологической очистки сточных вод производительностью 25,50 и 100 м /сут.
В состав станции входят: аэротенк-отстойник, установка «Каскад» для прямого электролиза хлоридов, контактный резервуар, блок для термического обезвреживания осадков и иловая площадка для обезвоживания ила, а также производственное здание.
Анализ процессов очистки сточных вод в аэротенках с прикрепленной микрофлорой
Опыт эксплуатации подобных сооружений показал, что для надежного обеспечения высоких показателей очистки продолжительность аэрации хозяйственно-бытовых сточных вод должна быть не менее 24 ч на каждой ступени. Только при соблюдении этих и ряда других условий возможны очистка сточных вод до указанных выше концентраций загрязнений и эффективное протекание процессов нитрификации и активного ила (биопленки).
На основании проведенного анализа технологических и конструктивных параметров отечественных и зарубежных компактных установок, изучения опыта их эксплуатации сотрудниками ОАО «ЦНИИЭП инженерного оборудования» было доказано, что наиболее перспективными представляются установки биологической очистки, работающие по принципу аэротенков с затопленной загрузкой без взвешенного активного ила [5]. Биохимический процесс окисления органических загрязнений, закрепленными на затопленной загрузке, расположенной в объеме аэротенка, обеспечивает эффективную очистку сточных вод при соблюдении технологических и конструктивных параметров, определенных по методике расчета, приведенной в рекомендациях [53].
В результате производственных исследований была разработана установка «Водолей», при конструировании которой учитывалась специфика объектов с малым водоотведением. Даная установка заводского изготовления предназначена для двухступенчатой биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод микрофлорой, закрепленной на затопленной загрузке без взвешенного активного ила. На первой ступени происходит биологическая очистка сточных вод по БПКП0ЛН до15мг/л, на второй ступени (блоке глубокой очистки) - до 3 мг/л. Установка «Водолей» (рис. 1.15) представляет собой два компактных блока первой и второй ступеней очистки из металла с противокоррозионным покрытием. Первая ступень установки состоит из первичного отстойника 1 с камерой анаэробного сбраживания осадка 2, аэротенка 3 и вторичного отстойника 4. Аэротенк оборудован каркасом с затопленной загрузкой 5, струйным аэратором 6 и погружным насосом 7. Вторая ступень (блок глубокой очистки) состоит из аэротенка 3 и третичного отстойника 8. Первичный отстойник выполнен по аналогии с осадочным желобом двухъярусного отстойника, препятствующим заражению осветленной воды продуктами гниения, а также попаданию в отстойник взвешенных частиц и пузырьков газа, образующихся в результате сбраживания осадка в анаэробной зоне.
Загрузка аэротенка из специальной синтетической ткани благодаря своей шероховатой волокнистой поверхности хорошо удерживает биопленку, препятствует ее выносу из установок при залповых поступлениях сточных вод и других неблагоприятных условиях. Поэтому технология очистки сточных вод с прикрепленной микрофлорой (биопленкой) позволяет постоянно иметь в аэро-тенках запас биомассы микроорганизмов, обеспечивающий устойчивую работу установок в условиях высокой неравномерности притока сточных вод по расходу, составу и концентрации загрязнений, а также осуществлять пуск установок без привозного активного ила. На объектах периодического действия и при длительных перерывах в поступлении сточных вод установки «Водолей» не нуждаются в длительном повторном пусковом периоде. Затопленная загрузка не требует специальной промывки и регенерации, так как избыточная отмирающая биопленка сама отделяется от загрузки и накапливается на дне аэро 31 тенка. Гидравлический режим перемешивания сточной воды в установке рассчитан таким образом, чтобы осевшие прикрепленные к загрузке частицы не взмучивались потоком воды.
Установки «Водолей» работают в режиме полного окисления, при котором эффективно протекает процесс нитрификации. Наличие в слое микроорганизмов, закрепленных на загрузке, анаэробных зон способствует процессу денитрификации, что приводит к снижению концентрации нитратов в очищенной воде.
Опыт работы установок «Водолей» в реальных условиях показал, что их обслуживание заключается в своевременном удалении осадка из камеры анаэробного сбраживания и аэротенка ассенизационной машиной или насосом.
Усредненные результаты химических анализов исходных стоков и очищенной воды после установки «Водолей» приведены в табл. 1.1. Недостатком установки данного типа является значительный объем аэро-тенков, рассчитанный на двухсуточное пребывание воды в зонах аэрации и, со 32 ответственно, большие капитальные затраты на земляные и монтажные работы при строительстве. Для сокращения энергозатрат при биологической очистке хозяйственно-бытовых стоков сотрудниками Макеевского ИСИ были предложены и внедрены многопоточные очистные установки с биобарабанами [27].
Принцип очистки базируется на использовании прикрепленных к волокнистому наполнителю микроорганизмов, концентрация которых в единице объема аэробного биореактора резко увеличивается, и разделении биореактора на ряд технологических ступеней со специфичными функциями осветления, полной биологической очистки и доочистки. Предложена новая форма наполнителя в виде ерша диаметром 50 - 65 мм со значительно развитой поверхностью для прикрепления микроорганизмов.
Материал наполнителя (стекловолокно, базальтовые и капроновые волокна) способен адсорбировать достаточно разнообразный состав микроорганизмов, обеспечивая заданные технологические параметры аэробных или анаэробных биохимических процессов, протекающих в определенных температурных условиях и на всех трофических уровнях очистки сточных вод, длительно сохраняя свои свойства. Ерши равномерно заполняют объем во всех точках биореакторов, улучшая коэффициент его полезного использования.
В качестве биореакторов для очистных сооружений пропускной способностью 50 - 700 м /сут сточных вод предложены 5 - 6-ступенчатые установки с полупогружными вращающимися биобарабанами условным наружным диаметром 1200, 1400 и 2000мм.
Результаты экспериментальных исследований первичного отстаивания сточных вод, предварительно обработанных аэрацией и биокоагуляцией
Поэтому повышение эффекта задержания взвешенных веществ в первичных отстойниках весьма целесообразно как для последующей биологической очистки сточных вод, так и для сооружений по обработке осадков.
Наиболее простым методом интенсификации осветления сточных вод, получившим распространение на практике, является их предварительная аэрация с добавлением избыточного активного ила (биокоагуляция) [18]. Многочисленные исследования, проведенные различными авторами в лабораторных и производственных условиях, показывают, что при соблюдении оптимума основных технологических параметров: дозы и качества добавляемого активного ила, интенсивности и продолжительности аэрации, требуемой продолжительности отстаивания и его необходимых гидродинамических условиях - преаэра-ция сточных вод с активным илом позволяет повысить эффект первичного осветления до 60 -70% [18,61].
Величина получаемого в результате преарации повышения эффекта осветления сточной воды определяется в основном исходным содержанием оседающих веществ Со (рис.2.1). Для оценки эффективности преаэрации использован коэффициент К- Эпр/Эо, где Эпр - эффект осветления сточной воды после преарации; Э0 - эффект осветления при простом отстаивании, получаемые при равной продолжительности отстаивния [20].
Анализ приведенных нарис 2.1 зависимостей показывает, что преаэрация с активным илом наиболее эффективна для сточных вод с невысоким (30-50%) содержанием оседающих веществ, где за счет агломерации мелкой, ранее не-осадимой взвеси эффект осветления повышается в 1,7-2 раза по сравнению с простым отстаиванием. При высоком содержании оседающих веществ (70-80%) эффект осветления повышается в 1,1 - 1,3 раза, что объясняется меньшим относительным содержанием мелкой взвеси, агломерируемой в ходе преаэрации с активным илом.
Однако, образующиеся агрегации взвеси и активного ила не прочны и легко разрушаются при неблагоприятных гидродинамических условиях, что требует тщательного, обоснованного выбора основных технологических параметров, определяющих эффективность данного процесса, среди которых определяющим фактором является скорость перемешивания. Как показали исследования, первоначально достигнутый в результате преаэрации высокий возможный эффект осветления сточных вод резко снижается в зависимости от скорости последующего перемешивания сточной воды с агломерированной взвесью. Независимо от способа такого перемешивания: сжатым воздухом, подвижным дырчатым поршнем или перепуском через трубопровод определенной длины при скорости перемешивания выше 0,2-0,3 м/с начинается разрушение ранее образовавшихся агрегаций частиц взвеси и ила, приводящее в конечном итоге к полному снятию полученного эффекта от преаэрации.
На рисунке 2.2 представлены зависимости, полученные в результате исследований в производственных условиях [19] для интенсивности аэрации 3- 4 м /(м -ч) и продолжительности аэрации 20-25 мин.
Анализ зависимостей показывает, что эффективность преаэрации растет с увеличением дозы добавляемого активного ила и продолжительности аэрации, подтверждая тем самым результаты лабораторных исследований как качественно, так и количественно по значениям получаемых величин Э\ю - 75 - 85%. Однако после пропуска через дюкер седиментационные свойства взвеси резко ухудшаются, о чем свидетельствуют приведенные результаты эффективности осветления проб воды, взятых в центре отстойника. Срыв технологического эффекта, полученного в преаэраторе, объясняется разрушением агломераций ила и взвеси при движении воды в дюкере со скоростями 0,6 - 0,8 м/с.
Следует отметить, что при больших дозах ила эффект размельчения взвеси компенсируется за счет вторичного укрупнения при большой продолжительности отстаивания, о чем свидетельствует сохранение неизменной величи 46 ны Эзо , которая снижается до уровня, предшествующего преаэрации (см. рис.2.2). В то же время снижение скорости движения воды в дюкере до 0,2 - 0,3 м/с с целью сохранения агломерированной в преаэраторе взвеси недопустимо из-за опасности выпадения песка и засорения дюкера. Поэтому более целесообразно устройство преаэраторов, встроенных в первичные отстойники, в которых осуществим перепуск сточной воды с малыми скоростями из зоны аэрации в зону отстаивания конструктивно[10,21,22].
В компактных установках, предназначенных для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод вследствие малых размеров сооружений возможно устройство только отдельно стоящих преаэраторов, сблокированных с первичными отстойниками. Таким образом, при перепуске агломерированной взвеси из преаэратора в отстойник неизбежно будет происходить ее разрушение.
В статье [20] была исследована эффективность работы отстойника со встроенным преаэратором при добавках активного ила от 50 до 200 мг/л и ин-тенсивностях аэрации 2, 3 и 4 м3/(м2-ч). Результаты исследований представлены на рис. 2.3. Полученные в производственных условиях зависимости имеют характер, аналогичный характеру зависимостей, полученных при лабораторных исследованиях 0].
Для интенсивности аэрации 2 м /(м -ч) (см. на рис. 2.3, кривая 1) достигаемый в отстойнике эффект осветления сточных вод по взвешенным веществам повышается до 60% при добавке ила 50 мг/л и до 75% при добавках ила 200 - 220 мг/л. При этой интенсивности аэрации процесс агломерирования частиц ила и взвеси преобладает над процессом разукрупнения, разрушения уже образовавшихся флокул, вследствие чего достигаемый эффект осветления максимален.
Результаты экспериментальных исследований биологической очистки осветленных стоков на модели аэротенка с прикрепленной загрузкой
Введение в воду флокулянтов (как в сочетании с биокоагуляцией, так и без нее) значительно увеличивает скорость осаждения взвешенных веществ и сокращает время пребывания воды в отстойниках. Экспериментальные данные, полученные в НИИ КВОВ АКХ и в НИИ ВОДГЕО, подтвердили определяющее влияние флокулянтов на кинетику осаждения взвешенных веществ [9,37].
Причиной ускорения процесса осаждения взвешенных веществ является образование в присутствии флокулянтов более крупных хлопьев, а при использовании их совместно с биокоагуляцией - более плотных хлопьев, поэтому все обстоятельства, способствующие образованию таких хлопьев (определенный порядок ввода реагентов, перемешивание воды с реагентами при оптимальных значениях градиента скорости , использование флокулянтов с более высокой молекулярной массой, а также применение оптимальных доз флокулянтов), приводят к ускорению осаждения.
В соответствии с графиком (см.рис. 2.4) увеличение эффекта осаждения взвешенных веществ, скоагулированных на активном иле, до 76 - 78% вызывает увеличение эффекта снятия БПК5 до 45%. Биокоагуляция взвеси на прикрепленной биопленке с последующей обработкой выносимых из преаратора агломерированных взвешенных веществ малыми дозами катионных флокулянтов позволит с небольшими эксплутационными затратами достичь эффекта осветления до 80% и соответственно снятия БПКз до 50 - 55%. Это, в свою очередь, даст возможность значительно снизить нагрузки по органическим загрязнениям на аэротенки, сократить затраты электроэнергии и времени на биологическую очистку сточных вод.
Анализ исследований, проведенных различными авторами [26,38,49,51,54,73] на очистных станциях городских и производственных сточных вод с концентрацией загрязнений по 300 - 450 мг/л показал, что применение загрузочного материала в аэротенках позволяет повысить окислительную мощность сооружений, стабилизировать процесс обработки сточных вод, проводить более глубокую очистку и уменьшить объемы и площади очистных сооружений.
Исследования, проведенные в ЦНИИЭП инженерного оборудования по очистке сточных вод с концентрацией загрязнений, характерной для городских хозяйственно-бытовых стоков, т.е. в пределах 180 - 320мг/л по БПК5, подтвердили эффективность использования затопленной загрузки (табл.2.2).
Для работы очистных сооружений малых объектов характерны незначительные нагрузки по органическим загрязнениям. Результаты обследований [49] показали, что концентрация загрязнений сточных вод пионерных и вахтовых поселков по БПК5 колеблется в пределах от 20 до 100 мг/л, а сельских поселков - до 150 мг/л. Такая нагрузка не может обеспечить нормальную работу аэротенков. Активный ил плохо осаждается в отстойнике и выносится из очистных сооружений. При очистке низкоконцентрированных сточных вод (концентрация органического вещества по БПК менее 50 мг/л) в аэротенках величина прироста активного ила и вынос его из вторичного отстойника соизмеримы, поэтому под 68 держивать заданную концентрацию взвешенного активного ила довольно сложно, особенно при высокой неравномерности притока сточных вод, тем более что при органических нагрузках менее 30 мг БПК5 на 1 г активного ила происходит его деградация и потеря окислительной способности. Для повышения надежности работы канализационных очистных сооружений малых объектов и интенсификации процесса биологической очистки в последние годы большое внимание уделяется технологиям очистки сточных вод в аэротенках с затопленной загрузкой. Задержание биомассы микроорганизмов в объеме аэротенка на затопленной загрузке позволяет исключить возможность полного его выноса из вторичного отстойника и, следовательно, стабилизировать процесс очистки сточных вод. В качестве носителей микроорганизмов рекомендуется использовать листовую загрузку, так как она по сравнению с объемной загрузкой («ершами» и т.п.) не требует периодической искусственной промывки. Плоская (листовая) загрузка регенерируется самопроизвольно: отмирающая биопленка отделяется от листа и потоком воды выносится из аэротенка во вторичный отстойник. Это значительно упрощает эксплуатацию очистных сооружений. Для получения технологических параметров процесса были проведены исследования очистки сточных вод при исходной концентрации загрязнений по БПКП0ЛН от 50 до 300 мг/л, удельной площади поверхности загрузки 10, 15 и 25 м /м объема аэротенка и времени аэрации 4, 8, 12, 24 ч. Опыты проводились на бытовой сточной воде без примесей промстоков [49]. В таблице 2.3 приведены усредненные показатели очистки сточных вод при БПКП0ЛМ исходной воды 50 мг/л и удельной площади поверхности загрузки 15 м /м . Анализ опытных данных, приведенных в таблице, показывает, что уже через 4 ч аэрации достигается полная биологическая очистка сточных вод. При времени пребывания сточных вод 8 ч достигается качество воды, соответствующее доочистке, а через 12 - 24 ч глубокой очистке. При этом концентрация взвешенных веществ составляет 1,7 - 2,1 мг/л. Процесс нитрификации идет интенсивно даже при небольшом времени аэрации. В очищенной воде присутствуют как нитриты, так и нитраты. При исходной БПК5 73,2 мг/л полная биологическая очистка сточных вод достигается за 4 - 8ч, а при исходной БПК5 120 мг/л - через 8 - 12 ч. Во всех случаях процесс нитрификации идет стабильно. Приведенные данные свидетельствуют об удовлетворительной очистке сточных вод при снижении БПК на 95,6 - 96,4 % и концентрации взвешенных веществ на 86,9 - 96,9 %. Существенное влияние на эффективность очистки сточных вод оказывает величина удельной площади поверхности загрузки. Экспериментальные исследования, проведенные при исходной концентрации загрязнений по БПКПОлі[ около 150 мг/л и удельной площади поверхности загрузки 10, 15 и 25 м /м показали, что скорость и глубина изъятия органических загрязнений, характеризуемых показателями БПК и ХПК, возрастает с ее увеличением. Кроме того, удельная площадь поверхности загрузки оказывает большое влияние на скорость окисления аммонийного азота.
