Интенсификация работы систем аэротенков и биофильтров
Реферат
Интенсификация
работы систем аэротенков и биофильтров
аэротенк очистка
биофильтр водоотведение
Введение
Современные системы водоснабжения и
водоотведения находится в динамическом состоянии: с одной стороны, непрерывно
изменяются требования к работе элементов этих систем (более глубокая очистка
природных и сточных вод, ухудшение качества воды в природных источниках,
изменение степени и разнообразия загрязнения сточных вод), с другой стороны,
изменяется состояние самой системы (уменьшается пропускная способность
водоводов и водопроводных сетей за счёт коррозии металлических труб,
уменьшаются напоры, развиваемые насосами, происходит износ как физический, так
и моральный). Изменение состояние систем водоснабжения и водоотведения особенно
усилилось в последние годы в так называемый постперестроичный период, когда в
силу экономических причин нарушилась их нормальная эксплуатация. Средства,
выделяемые на развитие этих систем, явно недостаточны, и поэтому увеличилось
внимание к поиску оптимальных, зачастую более дешёвых решений. Больше внимания
стало уделяться реконструкции существующих сооружений на базе современных
достижений науки и техники как отечественной, так и зарубежной. Такие
реконструированные сооружения могут ещё в течении одного-двух десятков лет
удовлетворять современным требованиям.
Интенсификация работы аэротенков
Увеличение дозы активного ила в зоне аэрации
является одним из наиболее важных направлений интенсификации биохимической
очистки сточных вод в аэротенках. Считается, что при повышении дозы активного
ила с 1-2 до 25-30 г/л пропорционально возрастает окислительная мощность
аэротенка от 0,5-1 до 12-14 кг БПКп/(м3∙сут). Однако для системы
аэротенк-вторичный отстойник существует предельная концентрация активного ила,
превышение который ведёт к дестабилизации работы системы и ухудшению качества
очистки. При наличии систем доочистки в данном случае увеличивается нагрузка на
них и может превысить предельную величину. Наиболее слабым местом в этой
системе является вторичный отстойник, для которого доза ила составляет 1,5-2
г/л. Увеличивать дозу активного ила в аэротенке можно разными путями. Наиболее
простой - введение отдельной регенерации активного ила. Это достигается
возвратом на стадии регенерации уплотнённого во вторичных отстойниках активного
ила. Его доза в регенераторе может быть 7-8 г/л , а в рабочей зоне 1,5-2,5 г/л.
Дальнейшее увеличение вынуждает применять двухступенчатое илоотделение ,
модифицировать вторичные отстойники тонкослойными модулями или применять более
сложные сооружения: флотаторы, осветлители со слоем взвешенного осадка,
фильтры.
Другим путём увеличение дозы активного ила
является создание аэротенков с фильтрационным разделением иловой смеси. В
рабочей зоне такого сооружения поддерживается доза активного ила до 25 г/л.
Однако перед подачей очищенной сточной жидкости во вторичный отстойник она
пропускается через специальные фильтровальные перегородки сетчатого или
пористого типа. При этом во вторичный отстойник посткпает не более 3-4 г/л
взвешанных веществ. Фильтротенки могут успешно применяться для очистки
высококонцентрированных сточных вод, образующих труднооседаемые илы (рис.1).
Рис.1. Фильтротенк радиального типа: 1 -
распределительный лоток; 2 - лоток возвратного ила; 3 - зона аэрации; 4 -
фильтрующая насадка; 5 - камера дегазации; 6 - струенаправляющая насадка; 7 -
сборные лотки; 8 - ферма илососа; 9 - мостик; 10 - камера управления; 11 -
воздуховод; 12 - трубопровод избыточного ила; 13 - эрлифт; 14 - иловая камера;
15 - трубопровод возвратного активного ила; 16 - илососы; 17 - трубопровод
очищенных сточных вод.
При использовании в качестве фильтрующих
элементов новых материалов, например пористой нержавеющей стали, появилась
возможность отказаться от вторичных отстойников, т.к. вынос активного ила не
превышает 20 мг/л. Технико-экономическими расчётами установлено, что в
фльтротенке возможно достижение высокой окислительной мощности (8000-1200 г
БПКп/м3) при низкой нагрузке на активный ил (400-600 мг/л). При этом
достигается 12-15%-е снижение себестоимости очистки и 35-40%-я экономия
капитальных вложений.
Другим сооружением биологической очистки сточных
вод с высокими дозами активного ила является флототенк. Флотационные
илоотделители, совмещённые с аэротенками, разработаны как в нашей стране, так и
за рубежом. Принципиальная схема работы флототенка состоит в том, что сточные
воды после механической очистки подаются в безнапорную зону аэрации, которая
оборудована соответствующими аэрационными устройствами. Иловая смесь в зоне
аэрации насыщается воздухом с помощью насосов и эжекторов. Воздухом также может
насыщаться часть расхода рециркулирующей осветленной сточной жидкости, которая
затем подаётся в безнапорную зону флотационного илоотделителя. Сфлотированный
ил концентрацией 30-50 г/л из пенного флотатора удаляется скребками различной
конструкции или самотечным переливом на рециркуляцию в зону аэрации и частично
в качестве избыточного активного ила отводится на сооружения обработки осадка.
Как показал опыт эксплуатации флототенков,
количество избыточного активного ила невелико, и в ряде случаев можно обойтись
без его выведения из системы. Это объясняется тем, что снижение удельной
окислительной мощности активного ила при увеличении его дозы автоматически
переводит активный ил в фазу продленной аэрации, которая характеризуется весьма
малым или даже нулевым приростом биомассы.
Флототенки, как и фильтротенки, целесообразно
применять для неполной биологической очистки высококонцентрированных
производственных сточных вод в двух ступенчатых схемах в качестве первой
ступени или на локальных сооружениях промышленных предприятий.
Одним из способов увеличения массы активного ила
в аэротенках может быть заполнение всего или части объёма инертными материалами
с развитой поверхностью, обрастающей биологической плёнкой (биотенки). Такое
закрепление микроорганизмов позволяет увеличить количество ила в аэротенках без
существенного увеличения концентрации иловой смеси, поступающей во вторичные
отстойники. В аэротенках размещаются блоки плоских или волнистых
асбестоцементных листов, пластмассовые решётки, щиты в виде металлического или
деревянного каркаса с закреплёнными на них листами поролона, стекловолокна,
синтетическими тканями и другими материалами. Возможно заполнение объёма аэротенка
полиуретаном, полистиролом, пластмассовыми элементами , кольцами и др. В
аэротенках с закрепленной биомассой необходимо обеспечивать соответствующие
условия для аэрации и циркуляции иловой смеси во всём объёме сооружения с тем,
чтобы избежать возможного появления застойных зон .
Совершенствование гидродинамического режима
аэротенков позволяет интенсифицировать их работу. Аэротенки-вытеснители
обеспечивают высокое качество и стабильность нагрузки, однако доза ила в них
невелика, и нагрузка на него распределяется неравномерно. Аэротенки-смесители
отличаются равномерностью нагрузки на активный ил по органическим загрязнениям,
что обеспечивает скорость изъятия загрязнений. Однако в них возможен проскок
неочищенной сточной воды.
В конструкции аэротенка с неравномерно
рассредоточенной подачей сточной жидкости (АНР) сочетаются преимущества
аэротенка-смесителя и аэротенка-вытеснителя. Подача сточной жидкости в
аэротенки такого типа осуществляется по длине сооружения через
затворы-водосливы, обеспечивающие регулирование расхода пропорционально
концентрации активного ила в зоне аэрации. Общая масса активного ила в АНР
выше, чем в аэротенках-вытеснителях, вследствие чего окислительная мощность
сооружения повышается на 25-30%.
С целью повышения эффективности работы действующих
коридорных аэротенков целесообразно переоборудовать их в многокамерные
аэротенки. В таком устройстве, разделённом перегородками с отверстиями на ряд
камер, осуществляется полное перемешивание жидкости в пределах каждой из них,
но отсутствует, перемешивание между ними. Последовательное перетекание иловй
смеси из одной камеры в другую создаёт гидродинамический режим, в большей
степени отвечающий режиму идеального вытеснения, причём мера этого соответствия
возрастает с увеличением числа камер.
Разделение аэротенка на камеры можно осуществить
с помощью перегородок из разнообразных материалов (железобетона, дерева,
пластмасс и др.). Отверстия для перетекания жидкости из одной камеры в другую
надо размещать у дна аэротенка , скорость потока в отверстии должна быть при
максимальном притоке около 0,2 м/с.
В последние годы получили развитие глубинные
аэротенки с вертикальным движением воды, названные шахтными. Такие аэротенки
выполняются диаметром от 250 мм до нескольких метров и глубиной до 360 м. Общий
рабочий объём шахтного аэротенка разделён на две секции: восходящего и
нисходящего потоков. Обычно это реакторы «труба в трубе» или перегородчатые. В
секциях шахтного аэротенка подаваемый компрессором воздух создаёт эрлифтную
циркуляцию сточных вод. Возможно создание циркуляции иловой смеси насосом.
Глубокие аэротенки обладают рядом преимуществ по
сравнению с традиционными: их объём в 2-2,5 раза меньше, капитальные затраты на
строительство сокращаются на 20%. Они занимают значительно меньше площади.
Благодаря высокому гидростатическому давлению растворимость кислорода в шахтных
аэротенках в 2 раза выше, что позволяет снизить мощность компрессоров и
уменьшить количество подаваемого воздуха. Так, на 1кВт∙ч затраченной
электроэнергии при глубине аэротенка 100-300 м за час обеспечивается ввод в
сточную жидкость 3 кг кислорода на 1 м3 аэротенка. Количество избыточного
активного ила в шахтных аэротенках снижается на 50% вследствии чего
обеспечивается его переработка. Высокая турбулентность при аэрации в аэротенках
большой глубины исключает возможность протекания анаэробных процессов и
выделения запахов. Степень использования кислорода в шахтных аэротенках
составляет до 90%.
Разделение иловаой смеси после шахтных
аэротенков может успешно осуществляться во флотационных илоотделителях.
Флотация происходит самопроизвольно за счёт мельчайших пузырьков воздуха,
выделяющихся из раствора при уменьшении давления в выходящем потоке.
На реконструируемых очистных сооружениях шахтные
аэротенки целесообразно использовать как первую ступень биологической очистки
пред аэротенками-вытеснителями или биофильтрами.
Интенсификация работы биофильтров
Рециркуляция, то есть повторная подача на
биофильтря части очищенных сточных вод вместе с неочищенными стоками,
увеличивает производительность биофильтров и повышает эффективность
биологической очистки. Возвращаемая на биофильтры очищенная вода несёт с собой
кислород, нитриты и нитраты, аэробные микроорганизмы и ферменты. Вследствие
этого смесь рециркуляционной воды с неочищенными сточными водами приобретает
свойства, обеспечивающие повышение скорости окисления загрязнённой биоплёнкой.
При рециркуляции в процессе очистки с большей эффективностью участвует нижний
слой загрузки фильтра, уменьшается опасность заиливания загрузки, сглаживаются
пики концентраций загрязнений сточных вод, обеспечивается более равномерная
гидравлическая нагрузка биофильтра в течении суток.
Рис. 2. Схема очистки сточных вод на биофильтрах
с рециркуляцией очищенной воды:
- первичный отстойник; 2 - биофильтр; 3 -
вторичный отстойник; 4 - рециркуляционная вода; 5 - насос; 6 - биоплёнка; 7 -
сырой осадок; 8 - рециркуляционная вода с биоплёнкой.
Рециркуляция как способ интенсификации работы
действующих биофильтров может быть осуществлена несколькими путями.
Рециркуляционную воду отбирают из канала после вторичных отстойников и
смешивают её со сточными водами, осветлёнными в первичных отстойниках (рис.
2,а). В этом случае введение рециркуляции увеличивает нагрузку на вторичные
отстойники, поэтому в большинстве случаев необходимо строительство
дополнительных отстойников.
Роль рециркуляции существенно повышается, если
рециркуляционная вода забирается вместе с осевшей биоплёнкой из осадочной части
вторичных отстойников и смешивается с неочищенными сточными водами перед
первичным отстойником (рис. 2,б)
В смеси сточных вод уже на этапе первичного их
осветления начинаются процессы биологической очистки, часть растворённых и
коллоидных загрязнений удаляется из воды за счёт биокоагуляции их биоплёнкой.
Применение рециркуляции с подачей биоплёнки в первичные отстойники позволяет в
сравнении с обычной схемой повысить эффект очистки сточных вод на биофильтрах
75-80% до80-85% при нагрузке по БПК20 3,2 кг/м3∙сут. Описанный способ
рециркуляции позволяет сохранить прежний объём вторичных отстойников, рабочая
зона которых в этом случае рассчитывается только на расход очищаемых сточных
вод, но требует увеличения объёма первичных отстойников пропорционально
рециркуляционному расходу. Нужно отметить, что суммарный объём первичных и
вторичных отстойников при описанных способах рециркуляции не меняется, если
продолжительность первичного и вторичного отстаивания, а также коэффициенты
рециркуляции одинаковы.
Разработан способ очистки сточных вод, в котором
рационально сочетаются рециркуляция очищенной воды и флотационное осветление её
перед подачей на биологические фильтры. Сущность способа заключается в том, что
рециркуляционная вода , отбираемая вместе с биоплёнкой из осадочной части
вторичных отстойников, используется в качестве рабочей жидкости биокоагулятора,
используемого для предварительного осветления сточных вод (рис. 3).
Рис. 3 . Схема очистки сточных вод на
биофильтрах с предварительным флотационным осветлением воды: 1 - флотационный
биокоагулятор; 2 - биофильтр; 3 - вторичный отстойник; 4 - насос; 5 -
водоструйный эжектор; 6 - напорный бак; 7 - рециркуляционная рабочая жидкость;
8 - осадок; 9 - флотационный шлам.
Опытно-промышленным испытанием способа
установлено, что высокий и устойчивый эффект предварительной очистки сточных
вод наблюдается при гидравлических нагрузках составляющих 6-8 м3/м2∙ч.
При коэффициентах рециркуляции 0,5-1 эффект удаления взвешанных веществ
составил 61,0-64,4%, органических веществ БПК5 35-38%. Коэффициент рециркуляции
при очистке был принят равным 0,5.
Максимальная гидравлическая нагрузка на
контрольный биофильтр 16 м3/м2∙ч, а на биофильтр , очищающий сточные воды
после флотационного осветления, 22 м3/м2∙ч. Качество очищенной воды в
обоих случаях практически одинаково.
Достигнутое увеличение производительности
опытного биофильтра на 37-40% в сравнении с контрольным даёт основание считать,
что рекомендуемый способ может с успехом применяться на станциях биофильтрации.
Заключение
Реконструкция систем водоотведения выполняется в
основном путём интенсификации работы сооружений механической и биологической
очистки сточных вод. С одной стороны , это обеспечивает задержание наибольшего
количества загрязнений, с другой - желательно получить наименьшее количество
осадка.
Среди используемых приёмов можно отметить более
активную аэрацию сточных вод , применение загрузки в аэротенках для увеличения
дозы активного ила , рециркуляционный метод для биофильтров, принудительную
вентиляцию загрузки биофильтров, применение новых видов загрузочных материалов
для увеличения количества биологической плёнки в фильтрующей загрузке и др. Всё
это и дальнейшие исследования с применением нанотехнологий и наноматериалов
позволит улучшить качество и надёжность очистных систем .
.Водоснабжение
и водоотведение. Наружные сети и сооружения: Справ./ Б.Н. Репин, С.Е.
Запорожец, В.Н. Ереснов и др.; Под ред. Б.Н. Репина. - М.: Высш. шк., 1995г.
.Реконструкция
систем сооружений водоснабжения и водоотведения: Учеб. Пособие. - Ижевск:
Издательство ИжГТУ, 2003г.