Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ способов биологического удаления аммонийного азота и методов их интенсификации 7
Выводы 23
ГЛАВА 2 Проведение лабораторных исследований по применению плавающего загрузочного материала в аэрационных сооружениях 24
2.1 Задачи исследований 24
2.2 Методика проведения исследований 24
2.3 Результаты лабораторных исследований на этапе 1 эксперимента 31
2.4 Математическая обработка полученных результатов исследований г 43
Выводы 66
ГЛАВА 3 Совершенствование процессов биологической очистки сточных вод с применением плавающего загрузочного материала 67
3.1 Задачи исследований 67
3.2 Методика проведения исследований 67
3.3 Лабораторные исследования на этапе 2 эксперимента 68
3.4 Лабораторные исследования на этапе 3 эксперимента 92
Выводы 115
ГЛАВА 4 Практическое применение полученных технологий с использованием плавающего загрузочного материала 116
4.1 Рекомендации по реконструкции очистных сооружений пос. Кокошкино Московской области... 116
4.2 Рекомендации по реконструкции очистных сооружений пос. Львовский Московской области ... 127
Выводы 139
ГЛАВА 5 Технико-экономические расчеты 140
5.1 Технико-экономический расчет реконструкции очистных сооружений пос. Кокошкино 140
5.2 Технико-экономический расчет реконструкции очистных сооружений пос. Львовский
Выводы 146
Общие вывода 147
Список использованной литературы
- Методика проведения исследований
- Лабораторные исследования на этапе 2 эксперимента
- Рекомендации по реконструкции очистных сооружений пос. Львовский Московской области
- Технико-экономический расчет реконструкции очистных сооружений пос. Львовский
Введение к работе
Актуальность темы.
Современные условия жизни общества требуют улучшения ее качества в целом, и качества подаваемой потребителям воды, в частности. Основными источниками питьевой воды в Российской Федерации являются пресные водоемы, и, несмотря на спад промышленного производства количество поступающих в водные объекты загрязнений остается значительным, а резервы водоисточников истощаются. Одной из важнейших задач является ограничение поступления вредных веществ в природные водоемы, в том числе и биогенных элементов – азота и фосфора, которые являются причиной эвтрофикации водоемов. Нормативные показатели очищенных сточных вод по сбросу их в водоемы были существенно ужесточены, поэтому перед учеными и специалистами была поставлена задача по разработке новых и модернизации существующих методов очистки сточных вод с удалением из них аммонийного азота.
В настоящее время глубокая очистка сточных вод от соединений азота, является одной из принципиальных проблем. Накопленный опыт и научные исследования специалистов различных стран говорят в пользу применения для этой цели биологических методов очистки. Большая часть централизовано отводимых в настоящее время сточных вод очищается на станциях аэрации в аэротенках, поэтому наибольший интерес представляет разработка технологий по извлечению азота на основе этих сооружений.
Анализ отечественных и зарубежных литературных источников показал, что одним из перспективных методов интенсификации процесса удаления аммонийного азота в аэрационных сооружениях является иммобилизация взвешенной биомассы с помощью различных типов носителей, и, в том числе плавающих.
Целью настоящей работы: исследование интенсификации процессов глубокого удаления аммонийного азота в процессе биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод с применением плавающего загрузочного материала.
Задачи работы:
-
Исследование применения плавающего загрузочного материала с целью глубокой биологической очистки сточных вод.
-
Определение наиболее эффективной концентрации плавающего загрузочного материала и оптимального режима работы аэрационных сооружений.
-
Оптимизация технологических схем глубокой биологической очистки с целью ее интенсификации с применением плавающего загрузочного материала.
-
Математическое описание процесса глубокой биологической очистки сточных вод с применением плавающего загрузочного материала.
-
Применение разработанных технологических схем глубокой биологической очистки сточных вод для строительства и реконструкции очистных сооружений.
-
Технико-экономическая оценка применения разработанных схем глубокой биологической очистки.
Научная новизна.
Доказана возможность использования прикрепленной на плавающем загрузочном материале биомассы для очистки сточных вод и удаления аммонийного азота.
Экспериментально доказана эффективность применения плавающего загрузочного материала с иммобилизованной биомассой для достижения глубокой очистки сточных вод с удалением аммонийного азота.
Экспериментально доказана стабильность и устойчивость биологической системы с иммобилизованной на плавающем загрузочном материале микрофлорой при малой дозе взвешенного активного ила в аэрационном реакторе.
Получены математические зависимости биологических процессов, протекающих в системах с плавающим загрузочным материалом.
Практическая значимость.
Разработаны технологические схемы глубокой биологической очистки сточных вод от органических загрязнений и аммонийного азота с применением плавающего загрузочного материала.
Разработаны рекомендации по глубокой биологической очистке сточных вод в условиях малой дозы взвешенного активного ила в сочетании с плавающим загрузочным материалом в аэрационных сооружениях, работающих без возврата рециркулирующей иловой смеси.
Внедрение результатов.
Разработаны рекомендации по реконструкции очистных сооружений пос. Кокошкино Московской области производительностью 4200 м3/сут и пос. Львовский Московской области производительностью 10000 м3/сут.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы доложены на:
Международном конгрессе Вэйсттек-2007, Москва, 29 мая – 1 июня 2007.
Одиннадцатой Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов, Москва, 15-24 апреля 2008
Двенадцатой Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов, Москва 15-22 апреля 2009
IWA Первой Восточно-Европейской региональной конференции молодых ученых и специалистов водного сектора. Минск, 21-22 мая 2009 г.
Тринадцатой Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов, Москва, 14-21 апреля 2010
Семинаре IWA для молодых ученых и специалистов водного сектора стран СНГ, Москва, 1 июня 2010 г.
Научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи – путь к обществу, основанному на знаниях», Москва, 29 июня – 2 июля 2010 г.
В 2009 г. получен грант победителя программы «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («УМНИК»)
Объем работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной отечественной и зарубежной литературы, приложений. Она содержит 160 страниц машинописного текста, 76 рисунков, 33 таблицы, 3 приложения и список литературы из 124 наименований.
Методика проведения исследований
Все способы биологической очистки сточных вод от соединений азота основаны на процессах нитрификации и денитрификации, происходящих при участии определенных микроорганизмов, в результате чего соединения азота окисляются до нитритов и нитратов, а затем восстанавливаются до газообразного азота. Одним из основных преимуществом данных способов очистки является возможность их реализации в традиционных сооружениях биологической очистки — в аэротенках. Для процессов нитрификации необходимы аэробные условия с содержанием в воде растворенного кислорода 2-7 мг/л, а для процессов денитрификация — условия аноксидные (присутствие растворенного кислорода в количестве 0,5 мг/л и/или химически связанного) и анаэробные, при которых кислород отсутствует. Осуществление этих процессов возможно не только аэротенках, но и в биофильтрах, соответственно, при очистке задействуется как прикрепленная, так и взвешенная форма активного ила. В данной работе будет рассмотрены возможности их одновременного применения, при этом прикрепленная биомасса будет присутствовать как на загрузке сооружений биофильтрации, так и на плавающей загрузке в аэрационном сооружении.
Исследование процессов нитрификации и денитрификации началось довольно давно и к настоящему времени данные процессы хорошо изучены [12, 13, 14]. Большой вклад в разработку и исследование методов биологического удаления биогенных элементов внесли такие отечественные специалисты, как Яковлев СВ., Воронов Ю.В., Карюхина Т.А., Залетова Н.А, Чурбанова И.Н., Круглова И.С., Ивчатов А.Л.. Учеными разных стран определены основные зависимости протекания данных процессов [23, 48, 80, 97, 98, 105]. Многочисленные исследования позволили изучить способы повышения эффективности процессов нитрификации и денитрификации непосредственно в условиях работы существующих очистных соору жений. [60, 91, 116]. Кроме того, немаловажным представлялось установить и оценить влияние, которое оказывают на осуществление процессов нитрификации и денитрификации различные факторы, к числу которых относят концентрацию субстрата, температуру, концентрацию кислорода, рН, концентрацию и природу токсичных веществ. [31, 74, 77, 78, 79].
Как и все прочие виды бактерий, нитрифицирующие бактерии особенно чувствительны к резким изменениям температуры. Если температура возрастает быстро (за несколько часов), то повышение скорости роста идет медленнее. При резком уменьшении температуры активность, напротив, падает сильнее. В термофильных условиях (при 50-60 С) нитрификация не происходит. Температурная зависимость денитрификации в целом аналогична, но необходимо отметить, что процесс может проходить и в термофильных условиях (при 50-60 С), однако сведений об этом немного. Скорости термофильной денитрификации в среднем на 50% выше, чем аналогичных реакций при 35 С. [47, 56, 84, 95]
Нитрифицирующие бактерии более чувствительны к недостатку кислорода, чем гетеротрофные микроорганизмы. Кинетика потребления кислорода может быть описана уравнением Моно [4, 40]. Нитрификация может проходить при очень высокой концентрации кислорода, даже при использовании чистого кислорода. Процесс не ингибирует даже такая кон-центрация кислорода, как бОг/м [114]. Для денитрификации же кислород является ингибитором. При этом принципиальное значение имеет концентрация кислорода, непосредственно воздействующего на микроорганизмы, т. е. его концентрация внутри флокул, биопленок, а не измеряемая в толще жидкой фазы [68, 118].
Оптимальное значение рН для процессов нитрификации лежит в интервале 8-9. Поскольку нитрификация в свою очередь влияет на рН среды, то значения рН во флокулах и в биопленках ниже, чем в жидкой фазе. Для процесса денитрификации рН-зависимость в целом аналогична, оптимальное значение рН при этом обычно находится в диапазоне от 7 до 9, но в за висимости от условий может смещаться. Значения рН ниже 7 сильно влияют на выход конечного продукта денитрификации: при понижении рН увеличивается выход оксидов азота, особенно N20 (который является токсичным реагентом), хотя и его концентрации не столь ощутимы. [75, 107]
Ингибироваться нитрификация в реакторе с активным илом может целым рядом веществ. Поскольку реакторы нитрификации устроены таким образом, чтобы в них при заданной достаточно низкой температуре происходил только этот процесс, то даже весьма незначительное ингибирование может его полностью остановить. Однако такая остановка не происходит мгновенно, а лишь после длящегося несколько недель вымывания бактерий. Другими словами, остановка нитрификации является не результатом 100%-ного ингибирования токсичными веществами, а обусловлена вымыванием нитрифицирующих бактерий из реактора [54, 64, 94]. Как правило, нитрифицирующие бактерии не более чувствительны к действию токсичных веществ, чем другие микроорганизмы активного ила. Если микроорганизмы одновременно подвергаются действию нескольких ингибиторов, то воздействие каждого из них обычно усиливается. [46, 119, 101]
К настоящему времени разработаны различные варианты технологических схем очистки с использованием принципов нитрификации и денитрификации [59, 62, 70, 78, 90]. Систематизировать их можно по различным вариантам их исполнения. В качестве реакторов нитрификации и денитрификации могут выступать как реакторы с активным илом (рисунки 1.1, 1.5-1.9), так и биофильтры (рисунки 1.2-1.4). По количеству ступеней очистки системы встречаются одностадийные и двухстадийные. На рисунке 1.1 приведены примеры одно- и двухстадийных систем нитрификации в реакторах с активным илом. На рисунке 1.2 показаны некоторые принципиальные схемы систем с биофильтрами для нитрификации. Рассматривать данные системы следует как двухстадийные, хотя они могут напоминать одностадийные системы, поскольку данный тип реакторов можно рассматривать как реакторы полного вытеснения, в то время как условия,
Лабораторные исследования на этапе 2 эксперимента
Анализируя полученные данные, можно заключить, что для концентрации загрузочного материала 20% достигнуты наиболее предпочтительные результаты, однако однозначно назвать эту концентрацию оптимальной нельзя. Таким образом, и в данном случае подобный вывод сделан после математической обработки результатов.
Исследования, проведенные в рамках этапа 1 позволили для каждого из загрузочных материалов выявить ту его концентрацию в аэротенке, при которой был достигнут наилучший эффект очистки сточной жидкости от органических загрязнений и аммонийного азота. Однако с уверенностью утверждать, что именно эти концентрации однозначно являются оптимальными, нельзя. Следует отметить, что для всех трех исследованных материалов добиться достижения показателей, заданных нормативами, не удалось.
Также одной из задач данного этапа стояло обоснование собственно применения загрузочного материала, а именно доказать, что использование загрузочного материала позволяет достичь более высокого качества очистки, чем в случае, когда загрузочный материал использован не был. На рисунках 2.10 (а и б) представлены графики сравнения динамики показателей очистки по БПК5 и NH4 для плавающих загрузочных материалов в ч концентрациях с наилучшими показателям, а также средние значения для контрольной установки. 250,0
Динамика изменений показателей NH4 на этапах 1.1-1.3 эксперимента в сравнении с контрольной установкой Как видно из полученных результатов, при использовании загрузочного материала разных типов и без него был достигнут высокий эффект очистки от органических загрязнений. Однако, при анализе показателей по аммонийному азоту наблюдаются существенные различия. В установках, где был установлен загрузочный материал, результаты были в целом схожи — эффект очистки составил 78-85%, в контрольной установке - 55-60%. Как видно, эффект удаления загрязнений при использовании загрузочного материала выше чем без него, что позволяет говорить о том, что использование загрузочного материала интенсифицирует биологические процессы очистки за счет концентрирования на своей поверхности биомассы, где присутствуют аэробные и аноксидные зоны. Проведенные исследования показали возможность, а во многих случаях и необходимость использования плавающего загрузочного материала для достижения поставленных результатов.
Одной из основных задач, которую необходимо было выполнить в рамках этапа 1 исследования, было определение оптимальной концентрации плавающего загрузочного материала в аэротенке. По результатам проведенных исследований на этапах 1.1-1.3 для каждого из материалов были выявлены концентрации, при которых удалось добиться лучших результатов по сравнению с остальными. Однако, как это уже было отмечено, разница в результатах хоть и существовала, но, все же, была недостаточной для того, чтобы сделать однозначный вывод, поэтому полученные результаты требуют дополнительного исследования и анализа. В частности, необходимо рассмотреть происходящие процессы с точки зрения ферментативной кинетики, чтобы получить представление об их интенсивности и закономерностях. 2.4.1 Математическое обоснование результатов исследований, полученных на этапе 1.1
На этапе 1.1 была рассмотрена работа пилотных установок с установленным в них плавающим загрузочным материалом Полистирол. Выполненная в ходе работы серия санитарно-химических анализов доказала принципиальную возможность применения данного образца носителей для иммобилизации биомассы в процессе глубокой очистки хозяйственно-бытовых сточных вод от органических загрязнений и аммонийного азота.
Математическая обработка полученных результатов исследований включала в себя получение значений нагрузки на ил в системе, а также скоростей окисления по БПК5 и NH4. Расчет нагрузки по органическим веществам и аммонийному азоту велся на основании формулы 53 СНиП 2.04.03-85 [38]: W=24( "t") (2Л)
Математическое описание зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата производилось по формуле Михаэли-са-Ментен. Образование фермент-субстратного комплекса лежит в основе не только механизма действия ферментов, но и кинетики комплекса ES. Скорость их действия [4,39]. Уравнение Михаэлиса-Ментен для реакции между одним ферментов и одним субстратом будет иметь вид: К = М4И (2.9) к As] где Km - константа Михаэлиса-Ментен k+2— константа скорости распада ES. Уравнение основано на допущении истинного термодинамического равновесия между исходным субстратом и ферментом и комплексом ES. Такое равновесие предполагает постоянство концентрации ферментативной реакции при этом условии носит название стационарной скорости. Максимальная скорость реакции достигается при такой концентрации субстрата, когда весь фермент может быть связан в комплексе ES. Тогда уравнение можно записать:
Таким образом, константа Кт численно равна такой концентрации субстрата, при которой скорость составляет половину максимальной (Vmax). При этом параметр V в формулах 2.9 и 2.10 аналогичен параметру р для формул 2.5-2.8.
При постоянной концентрации фермента и изменении концентрации субстрата в широких пределах скорость ферментативной реакции сначала пропорциональна концентрации субстрата (при низких его концентрациях) и затем достигает постоянного максимального значения.
Так как зависимость скорости от концентрации субстрата имеет гиперболический характер, определение Кт и Vmax затруднительно. Лайнуи-вером и Берком разработан один из способов определения этих величин. Они преобразовали уравнение в линейную зависимость: К. V V max Откладывая по оси ординат 1/V, а по оси абсцисс 1/S, получаем прямую линию, отсекающую на оси ординат отрезок 1/Vmax, и имеющую уклон, равный отношению Km/Vmax.
Несмотря на ряд допущений уравнение Михаэлиса — Ментен часто используется при изучении биохимических реакций. Основные его положения применяют и для описания процесса биохимической очистки сточных вод, хотя это значительно более сложный процесс, протекающий с участием множества ферментов.
Рекомендации по реконструкции очистных сооружений пос. Львовский Московской области
В рамках этапа 2 реализована двухступенчатая схема очистки по принципу: аэрационный реактор - биофильтрационный реактор. На этапе 2.1 в параллельном режиме исследовалась работа трех отобранных типов плавающего загрузочного материала, помещенных в аэрационный реактор. Время обработки воды в аэрационном реакторе составило 5 часов, рециркуляция в количестве 250% осуществлялась в аэрационный реактор. Наилучшие показатели очистки, как от органических загрязнений, так и от аммонийного азота были достигнуты при использовании загрузочного материала Поливом, поэтому дальнейшие исследования проводились с исполь - зованием именно этого загрузочного материала. Однако достичь нормативных концентраций загрязнений не удалось. На этапе 2.2 схема была изменена, рециркуляция иловой смеси стала осуществляться в биофильтрационный реактор. Эффект удаления органических загрязнений и аммонийного азота осталось на прежнем высоком уровне, кроме того абсолютные значения по этим показателям, а также по нитратам стали соответствовать нормативам. Однако превышение (хотя и не слишком большое) нормативов по нитритам говорило о том, что нитрификация проходит не полностью. Поэтому на этапе 2.3 был изменен режим работы - время обработки воды в аэрационном реакторе составило 8 часов, а рециркуляция — 100% в биофильтрационный реактор. Концентрации загрязнений по БПК5, NH4 и NO3 в очищенной воде вновь были ниже ПДК, по NO2 по-прежнему имело место небольшое превышение ПДК. Концентрация растворенного кислорода составляла около 7 мг/л.
Методика математической обработки данных аналогична использованной на этапе 1. Также для этапа 2 исследований была дополнительно рассчитана скорость денитрификации в аэрационном реакторе. Для этого была использована формула 67 из справочного пособия к СНиП 2.04.03-85 «Проектирование сооружений для очистки сточных вод» [32] ( L Г і А
Kdn — кинетическая константа, принимается по таблице 20 справочного пособия к СНиП 2.04.03-85 «Проектирование сооружений для очистки сточных вод». Для данных условий Kdn= 40 мг МЭз/л. Скорость денитрификации также была рассчитана на основании баланса азота, результаты при этом отличались незначительно. В таблице 3.4 приведены средние показатели дозы и зольности ила на этапе 2 исследований, а также рассчитанные значения средних скоростей окисления и денитрификации и нагрузки на ил.
На рисунке 3.6 представлены зависимости удельной скорости окисления органических загрязнений и концентрации органических загрязнений по БПК в поступающей сточной жидкости в установках на этапах 2.1,
2.2 и 2.3 соответственно. По полученным результатам видно, что прямая, описывающая результаты этап 2.1, располагается выше остальных. Это обусловлено меньшей дозой свободноплавающего активного ила (по сравнению с этапом 2.2) и меньшим временем обработки воды в аэрационном реакторе (по сравнению с этапом 2.3). В целом можно отметить, что график для этапа 2.2 несколько отличается от двух остальных, что может быть обосновано довольно значительной разницей в дозе свободно плавающего активного ила в системе. Однако, отличие небольшое, что позволяет говорить о данном этапе, как о переходной стадии (с одной стороны такое же время аэрации как и на этапе 2.1, с другой - работа аэрационного реактора без возврата активного ила как и на этапе 2.3), в то время как на этапе 2.1 и
В целом можно отметить, что на графики, представленные на рисунке 3.7, во многом сходны, положение близко к параллельному, но для этапа 2.1 отмечается большой разброс показателей. В дальнейшем разброс значений сокращается, соответственно можно говорить о том, что переход на этапе 2.2 на работу аэрационного реактора без возврата активного ила, а затем и увеличение времени аэрации с 5 до 8 часов на этапе 2.3 оказало положительное влияние на стабильность процессов. При этом зависимости протекания процессов очистки остаются приблизительно теми же, что говорит об однородности процессов.
На рисунках 3.8 и 3.9 показаны зависимости удельной скорости окисления по аммонийному азоту от концентрации загрязнений по аммонийному азоту на входе и на выходе из аэрационного реактора. Следует отметить, что графики на рисунке 3.8, характеризующие соотношение скорости окисления и концентрации аммонийного азота на входе идентичны графикам на рисунке 3.6, что подтверждает сделанные ранее выводы об одновременном использовании в качестве питания как органических загрязнений, так и аммонийного азота. Разброс значений на рисунке 3.9 от этапа 2.1 к этапу 2.3 вновь сокращается, соответственно, и процессы очи стки стабилизируются.
Технико-экономический расчет реконструкции очистных сооружений пос. Львовский
Сточные воды пос. Кокошкино по самотечному коллектору Д = 400 мм поступают в здание решетки с ручной очисткой, где задерживаются крупные загрязнения. После решеток сточные воды направляются на два отделения песколовок с круговым движением воды и, после очистки от нерастворимых тяжелых включений (песка), распределяются по лоткам на 6 первичных двухъярусных отстойников для осветления от мелких взвешенных веществ.
После механической обработки осветленные сточные воды через два сборных колодца по дюкерам диаметром 300 и 250 мм поступают в распре 118
делительные баки биофильтра и далее в оросительную систему спринклерного типа трех секций биофильтра. На биофильтре происходит полная биологическая очистка сточных вод. Биологически очищенные стоки через сборный колодец отводятся во вторичные горизонтальные отстойники для отделения от воды отработанной биологической пленки и далее поступают в контактный резервуар для обеззараживания в присутствии гипохлорита натрия, поступающего из хлораторной. Очищенный и обеззараженный сток сбрасывается в реку Незнайка.
Задержанный песок из песколовок с помощью гидроэлеватора выводится на песковую площадку по пескопроводу Д=200 мм. Техническая вода для гидроэлеватора перекачивается из первичных отстойников насосом, установленном в здании решетки. Осадок (биопленка) из вторичных отстойников и контактного резервуара перекачивается иловыми насосами, расположенными в подвальном помещении здания биофильтров, по напорному ило-проводу Д = 100 мм в распределительную чашу первичных отстойников. Сброженный осадок из первичных двухъярусных отстойников самотеком под гидростатическим давлением выпускается на иловые площадки для просушивания и последующей утилизации. Дренажные воды от песковой и иловой площадок самотеком поступают на иловую Н.С. и перекачиваются, вместе с отработанной биопленкой в первичные отстойники.
Средние результаты санитарно-химические анализов проб сточных вод представлены в таблице 4.2. Несмотря на удовлетворительную работу очистных сооружений, практически все показатели очищенной воды (особенно по биогенным элементам: аммонийному азоту и фосфатам) превышают современные допустимые нормативы для сброса очищенных стоков в водоем ры-бохозяйственного значения. Поэтому требуется проведение реконструкции очистных сооружений с целью повышения эффективности очистки сточных вод.
Анализ существующего положения выявил, что на данных сооружениях требуется существенная реконструкция, как с конструктивной, так и с технологической точек зрения. Поскольку по поверочному расчету пропускная способность существующих песколовок превышает пропускную способ-ность очистных сооружений (4200 м /сут и 3600 м /сут, соответственно), а после песколовок планируется оборудование регулирующих емкостей, что все расчеты буду приведены исходя из суточной производительности стан-ции 4200 м /сут. Таким образом, средний часовой расход составит 175 м /ч, а средний секундный 48,6 л/с. Коэффициент неравномерности при этом соста-вит 1,71, а максимальные расходы составят, соответственно, 300 м /ч и 83 л/с.
При проведении реконструкции было решено переоборудовать часть первичных отстойников в регулирующие резервуары для того, чтобы снизить коэффициент неравномерности с 1,71 до 1,1. Расчет показал, что объем регулирующего резервуара при этом должен составить 775 м3. Объем одного первичного двухъярусного отстойника диаметром 9 м составляет 415 м . Таким образом, в качестве регулирующих емкостей будут использованы 2 двухъярусных отстойника диаметром 9 м. Расчетный расход очистных сооружений составит 193 м /час.
Поскольку концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей на очистку, невелика, то при реконструкции данных сооружений от первичного отстаивания было решено отказаться.
Особое внимание необходимо уделить реконструкции блока биологической очистки. На данных очистных сооружениях предлагается реализовать двухступенчатую схему очистки аэрационный реактор — биофильтрационный реактор. Аэрационный реактор проектируется из железобетона и располага 122 ется на территории очистных сооружений между хлораторной и биофильтрами. Здание мастерской (круглое в плане) демонтируется. Перепад высот от лотка первичных отстойников в насыпи (178,61) до верха стены секции биофильтра (176,80) составляет 1,81 м, это позволяет расположить данное сооружение с самотечным режимом поступления сточной воды в биофильтрационный реактор.
Объем аэрационного реактора, работающего по принципу аэротенка-вытеснителя, при времени аэрации 8 часов для пропуска расчетного расхода должен составить 1520 м . Принимаем две секции трехкоридорного аэрационного реактора. Размеры сооружения можно принять следующие: ширина коридора 3 м, глубина 3,6 м, длина коридора 24 м. Общий объем аэрационно-го реактора, таким образом, составит 1555 м . Ввиду того, что аэротенк будет оснащен плавающим загрузочным материалом Поливом в концентрации 20% от объема сооружения, следует предусмотреть запас между рабочей и строительной высотой не менее 0,5 м. Согласно технологической схеме данный аэротенк будет работать без возврата активного ила. Воздуходувное оборудование блока размещается в новом здании воздуходувной станции. Либо, при соответствующем обосновании, в здании биофильтрационного реактора. С целью предотвращения выноса загрузочного материала из аэрационного реактора данное сооружение оснащается сетками.
В качестве биофильтрационного реактора возможно использовать существующий биофильтр после необходимого ремонта. Гравийную загрузку биофильтра необходимо заменить полимерной. Данная мера, во-первых, снизит нагрузку на строительные конструкции, во-вторых, позволит почти вдвое увеличить гидравлическую нагрузку на сооружения, а значит и пропускную способность, и, в-третьих, что очень важно, позволит добиться более высоких показателей очистки по органическим загрязнениям и аммонийному азоту. Высота слоя загрузочного материала 3 м. При этом ввиду снизившегося коэффициента неравномерности и увеличившейся нагрузки для обеспечения расчетной пропускной способности достаточно будет использовать два отделения существующего биофильтра.
Поверочный расчет показал, что объем существующих вторичных отстойников достаточен для данной пропускной способности сооружений после реконструкции, сооружение дополнительных отстойников не требуется. Таким образом, после необходимого ремонта вторичные будут использованы по своему назначению. Рециркуляция биопленки в количестве 100% будет осуществляться в биофильтрационный реактор.
Объема существующего контактного резервуара достаточно для пропуска заданного расхода.
На рисунке 4.2. представлен план очистных сооружений после реконструкции. Сточная вода поступает в приемную камеру очистных сооружений и далее проходит механическую очистку от грубых отбросов при процеживании через мелкопрозорные решетки (1) с величиной прозоров 6 мм.
После решёток сточная вода поступает в песколовки с круговым движением воды (2), в которых происходит удаление песка. Песок из песколовок выгружается на песковые площадки (11).
После песколовок сточная вода направляется в усреднители (3) для уменьшения неравномерности притока по количеству воды и загрязнениям, которые оборудуются на базе существующих двухъярусных отстойников. Далее сточная жидкость по напорному трубопроводу следует на первую стадию биологической очистки в две секции нового аэрационного реактора (13), после чего направляется на вторую стадию — в биофильтрационный реактор (8). Далее биологически очищенная сточная вода направляется на вторичное отстаивание (9) и дезинфекцию в контакнтом резервуаре (10), и сбрасывается в водоём. Подачу гипохлорита натрия из хлораторной (5) следует осуществлять через ершовый смеситель в лоток подачи очищенной воды из вторичного отстойника в контактный резервуар.
Обработка осадка осуществляется в стабилизаторах (11). После стабилизации смесь осадка и активного ила уплотняется в двухъярусных отстойниках (12) , в которые преобразуются в илоуплотнители. Далее осадок направляется на иловые площадки (12).
Согласно предложенной схеме аэрационный реактор работает без возврата рециркулирующего активного ила, что позволяет добиться существенного сокращения количества избыточного активного. Таким образом, можно говорить о значительном снижении затрат на обработку образующегося осадка.
