Файл: Очистка промышленных сточных вод..pdf

и в аэротенке второй ступени будет накапливаться ил, адаптировавшийся к разрушению этих веществ. Усло­ вия питания микроорганизмов ила становятся более благоприятными, так как они более постоянны.

Следовательно, основной особенностью двухступен­ чатой очистки является создание специализированного, адаптированного ила, обладающего высокой биохими­ ческой активностью.

Рис. 65. Схема двухступенчатого аэрационного соору­ жения:

/ «—аэротепк-смеситель; 2 — отстойник; 3 — аэротенк.

Двухступенчатая очистка рекомендуется для сточных вод химической промышленности, содержащих высокие концентрации органических загрязнений. В этом случае обеспечивается более стабильная работа сооружений при нарушениях режима, избыточный ил содержит меньше влаги, степень очистки возрастает на 10—15%, можно уменьшить количество подаваемого воздуха. Эф­ фективно также применение двухступенчатой очистки сточных вод, богатых органическими веществами, на­ пример в пищевой промышленности. При этом их не сле­ дует смешивать с бытовыми сточными водами. Степень очистки в таких условиях достигает 95—98%.

В Институте коллоидной химии и химии воды АН УССР была разработана установка для двухступенчатой

очистки сточных вод, которая в нижней части рабо- taeT как аэротенк, в верхней как аэрофильтр. Отвер­ стия для подачи сточной жидкости размещены ниже верхнего края загрузки, а разбавляющая вода с мине­ ральными солями подается сверху. Такая конструкция установки предотвращает поступление летучих веществ в воздух, что особенно важно при очистке сточных вод,

сточной воды иногда возникает необходимость после двухступенчатой биохимической очистки дополнительно очищать ее физико-химическими методами — адсорб­ цией, ионным обменом или химическими, например озонированием. Используют также микропроцеживание через сита с размером ячеек 40 мк. Однако иногда применяют третью ступень биологической очистки для удаления мелких взвешенных частиц, бактерий и солей азота и фосфора. Соли азота и фосфора содержатся в большом количестве, например, в сточных водах про­ изводств удобрений, инсектицидов, пищевой промыш­ ленности и др. Для удаления солей азота и фосфора используют биологические пруды. Можно использовать также сита из стекловолокна, на которых при медлен­ ном процеживании биологически очищенных сточных вод развиваются бактерии, простейшие и др. Эффект очистки от остаточных загрязнений на таких ситах может достигать 98—99%, снижение содержания солей фос­ фора — на 20 -4-30%.

Биофильтры. В биофильтрах, как и в аэротенках, происходит очистка сточных вод от органических загряз­ нений при помощи микроорганизмов. В отличие от аэро­ тенков, в биофильтрах окисление загрязнений стоков осуществляется организмами биопленки, растущей на пооерхности наполнителя, и окислительная мощность био­ фильтров ниже мощности аэротенков.

226

Биофильтры (рис. 66) представляют собой сооруже­ ния круглой формы из кирпича, бетона или железобетон­ ных колец; они заполнены фильтрующей загрузкой, на

Рис. 66. Поперечный разрез биофильтра:

/«распределительный бак; 2 — разделительная сеть; 5 —* тело загрузки; 4 ~ шатер; 5 отводящий лоток.

которой растет биопленка. В теле фильтра происходит распад веществ, загрязняющих сточные воды, и превра­ щение растворенных коллоидов в плотные осадки, в даль­ нейшем вымываемые из тела фильтра вместе с отторгае-

мой биопленкой, на которой могут быть адсорбированы трудноокисляемые соединения [105, 112, 158].

На очистку сточной жидкости на биофильтрах влияют биологические и гидравлические факторы. К биологиче­ ским факторам относятся БПК очищаемой сточной жид­ кости, скорость окисления органических загрязнений, интенсивность дыхания микроорганизмов, участвующих в окислении органических веществ, количество загрязне­ ний, адсорбируемых биопленкой, толщина биопленки, состав обитающих в ней микроорганизмов и т. д. Гидрав­ лическими факторами являются высота биофильтра, характеристика загрузки (размер кусков, поверхность, пористость ее), вязкость сточной жидкости, площадь биофильтра, гидравлическая нагрузка, представляющая собой количество сточной жидкости (и/3), подаваемой на 1 м2 поверхности биофильтра в сутки, и др. [112].

Биофильтры бывают высоконагружаемые и слабонагружаемые, так называемые капельные. Последние, хотя и обеспечивают полную очистку, но имеют низкую про­ изводительность. Высоконагружаемые не обеспечивают полную биологическую очистку.

Капельные биофильтры обычно имеют небольшую высоту (до 2 м), гидравлическая нагрузка их невелика (0,5—3,0 мг/мг-сут). Размер частиц загрузки — 3.1 —ь- 50 мм, опорный нижний слой ее высотой 20 см име­ ет большую крупность кусков — 60 -ь-100 мм.

При нормальной эксплуатации капельного биофиль­ тра достаточно естественной вентиляции. Воздух свобод­ но проходит в теле биофильтра вследствие разницы в температурах воды и воздуха. Если температура внешне­ го воздуха выше, чем сточной жидкости, тогда воздух движется вместе с жидкостью; если же выше температу­ ра жидкости, то воздух движется вверх [158]. Когда температурный перепад снижается до 2 град, естествен­ ная вентиляция прекращается. Эти биофильтры рекомен­ дуется использовать для очистки небольшого объема

228

сточных вод (до 1000 мъ/сут) при БПКполн не более 200 мг/л, а также отсутствии в них соединений, способ­ ствующих обильному росту биопленки. При среднего­ довой температуре воздуха до +3°С капельные био­ фильтры следует размещать в отапливаемых помещениях.

Высоконагружаемые биофильтры имеют высоту 2— 4 м. Отношение диаметра к высоте, как правило, боль­ ше единицы. Для равномерного распределения сточных вод по поверхности фильтра применяются различные устройства — подвижные и неподвижные. К подвижным распределительным устройствам относятся качающиеся желоба, вращающиеся реактивные оросители и др. Неподвижные устройства — это желоба и трубы с отвер­ стиями в стенках, располагаемые над поверхностью био­ фильтров. Чаще всего применяют спринклеры и враща­ ющиеся реактивные оросители. Целесообразно, чтобы период орошения биофильтра (время между двумя опо­

бывания жидкости в сооружении и тем ухудшает очистку.

По всей высоте биофильтр заполняется кусками за­ грузочного материала крупностью 4—6 см. Применять наполнитель крупностью менее 3,5 см нецелесообразно, так как работа биофильтра становится неустойчивой, ве­ роятно, вследствие возникновения анаэробных условий на отдельных участках биопленки [158]. Загрузочный материал биофильтра должен обладать устойчивостью к воздействию сточных вод, пористостью, достаточной прочностью и другими качествами. Необходимость ше­ роховатой поверхности связана с основной функцией за­ грузочного материала — удержанием биопленки, расту­

щей на нем.

Высоконагружаемые биофильтры вентилируются бо­ лее эффективно, чем капельные, так как применяется искусственная вентиляция. Количество подаваемого

донное пространство.

Высоконагружаемые фильтры очищают в 10—15 раз больший объем сточных вод, чем капельные, при ВПК не более 300 мгіл. Гидравлическая нагрузка достигает Ю—30 м3/м2-сут. Высокая нагрузка интенсифицирует процесс очистки, в частности, вынос отмершей биоплен­ ки. Использование кислорода в биофильтрах составляет 7—8%. При более высокой степени использования кис­ лорода уменьшается окислительная мощность биофиль­ тра и появляется вынос неоседающего ила.

Институт ВОДГЕО после опытной проверки реко­ мендовал использовать для загрузки биофильтров из­ вестняк, кварцитный щебень или кокс [29]. Успешно применяют в качестве загрузки также керамзит.

В последнее время большое внимание уделяется за­ грузочным материалам для биофильтров. Ряд исследо­ вателей рекомендует загрузку в виде рифленых лист­ ков, сваренных трубчатых секций из поливинилхлорида, полистирола, полиэтилена, а также в виде шаров, кубов и колец из пенопласта, полиуретана, полистирола и т. д. Такая загрузка имеет ряд преимуществ по сравнению с гравием, коксом и другими: она легче, что позво­ ляет увеличить высоту биофильтра, а также гидрав­ лическую нагрузку, устойчива к влиянию кислот, ще­ лочей и пр. [11]. В настоящее время в нашей стране в качестве загрузки биофильтров успешно применяют пе­

ностекло.

Самыми важными участками биофильтра являются пространства между кусками заполнителя. Они занима­ ют 35_40% объема фильтра. Здесь осуществляется наи­ более тесный контакт между микроорганизмами биопленки, сточной водой и воздухом, необходимый для их взаимодействия в процессе очистки воды. Для бытовых

230

сточных вод в высоконагружаемом биофильтре время контакта сточной жидкости с пленкой составляет 10— 30 мин [158]. Оно зависит от состава сточной воды, ее концентрации и других условий.

Оптимальными условиями работы биофильтров яв­ ляются: удаление взвешенных веществ до поступления сточных вод на фильтры (предельная концентрация — 100 мг/л), хорошая вентиляция тела биофильтра, необ­ ходимое количество калия, азота и фосфора, pH в таких же пределах, как и в аэротенках (7,0—8,0), температу­ ра + 18—25° С, содержание нефтепродуктов не более 25—30 мг(л. Следует отметить, что биофильтр может ра­ ботать, но менее эффективно, при температуре не ниже + 6 и не выше +30° С, а также в более широких преде­

лах колебания pH.

Режим работы биофильтров не может быть единым для различных сточных вод, он должен соответствовать требованиям, предъявляемым к очистке сточных вод данного производства и завиоит от их состава, требуе­ мой степени очистки, климатических и других условий. При очистке концентрированных сточных вод в качестве разбавляющей воды полезно использовать очищенную на этом же сооружении воду.

Биофильтры имеют много трудноустранимых недо­ статков. Так, окислительная мощность обычных био­ фильтров быстро снижается, они заиливаются, в процес­ се работы возникают неприятные запахи и разводится муха психода в большом количестве. Ее личинки разрых­ ляют пленку биофильтра и вызывают чрезмерный вы­ нос пленки, что чаще наблюдается при малотоксичных сточных водах. Для борьбы с психодой обычно био­ фильтр обрабатывают различными инсектицидами, что связано с трудностями.

Несовершенство биофильтров заставило конструкто­ ров и технологов разработать различные конструкции их: с рециркуляцией очищенной жидкости, двухступен­

чатые с перемещающейся фильтрацией, двухступенча­ тые с рециркуляцией, дисковые погруженные, наклонные вращающиеся [155] и др. Их применяют для совместной очистки бытовых и промышленных сточных вод или сточных вод пищевой промышленности [10].

В начале пятидесятых годов этого столетия в ГДР была разработана конструкция сооружения биологиче­ ской очистки — башенный биофильтр. Он представляет собой колонну из кирпича или железобетона, наполнен­ ную пористым материалом, на котором развивается биологическая пленка. Диаметр кусков наполнителя фильтра равен 10— 12 см по всей высоте колонны. Со­ отношение диаметра башни к высоте составляет 1 : 6; 1 : 8; аэрация естественная. Однако в процессе эксплуа­ тации башенных биофильтров был выявлен ряд суще­ ственных дефектов, одним из которых явилась необхо­

выше обычных. Кроме того, они подвергаются сильному влиянию метеорологических факторов — перегреванию летом и охлаждению зимой. В связи с этим в настоящее время биофильтры такой конструкции в ГДР не приме­

няются.

Концентрация очищаемой сточной жидкости, подава­ емой на биофильтр, не должна превышать 500 мг/л по БПКполн. Однако К. Л. Шульце [160] высказывает мне­ ние, что ее можно повыоить до 800 мг/л. Более высокие концентрации очищаемых на биофильтрах сточных вод вызывают чрезмерное разрастание биопленки, что за­ трудняет прохождение воздуха и сточных вод, а также нарушает биохимическую очистку. Однако на основании опытных данных, Ц. И. Роговская при изучении рас­ пада ацетальдегида на биофильтре установила опти­ мальный режим, работы, при котором подавалась сточ­ ная жидкость, имевшая концентрацию испытуемого вещества 1000 мг/л, при этом нагрузка составляла

232

0,5 объема сточной воды на объем загрузки биофиль­ тра [79].

В последнее время в Советском Союзе и за рубежом отдается предпочтение аэротенкам перед биофильтрами [150]. Особенностью биофильтров является то, что после пуска в эксплуатацию регулировать их работу можно только изменением количества подаваемой сточной во­ ды. Это требует тщательной подготовки сооружения к пуску [158]. Пуск биофильтра в эксплуатацию целесооб­ разнее начинать веоной, а не осенью, так как наращива­ ние пленки в теплое время года будет происходить ак­ тивнее, чем в холодное; кроме того, сооружение зимой работает хуже, чем летом.

Пуск нового биофильтра начинается с наращивания биопленки. Для этого следует орошать наполнитель не­ большим количеством ила или биопленки в течение 2 су­ ток. Затем начинают подавать бытовую сточную жид­ кость, разбавленную до 80—100 мг/л (по Б П К п0Лн ). Если возникнут трудности в получении ила и биопленки, то можно сразу подавать разведенные бытовые сточные воды. Когда появятся хотя бы незначительные биообра­ стания на наполнителе фильтра, следует добавлять к бытовым сточным водам производственные воды малой концентрации. Нагрузка не должна превышать 0,5 м3 подаваемой жидкости на 1 м3 наполнителя биофильтра. Если очистка разбавленных вод происходит успешно, можно постепенно увеличивать концентрацию сточной воды и повышать нагрузку [78]. Если же добавлять сточ­ ные воды быстро, не добившись адаптации биопленки к очищаемой воде, можно погубить молодую пленку и ра­ боту надо будет начинать сначала, особенно при наличии сильно токсичных сточных вод. Рост пленки и ее адап­ тация к сточной воде различны в зависимости от со­ става последней, температуры и др. Сроки адаптации биопленки к малотоксичной сточной жидкости колеблют­ ся от 2 до 4 недель; адаптация к очень токсичным водам

233