Интенсификация работы систем аэротенков и биофильтров

Реферат

Интенсификация работы систем аэротенков и биофильтров

аэротенк очистка биофильтр водоотведение

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.

Для устройства шахтных аэротенков используют горные выработки, трубчатые колодцы, кроме того, их можно сооружать способом опускного колодца.

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:

1 — 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 .

Список используемой литературы

1.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., 1995 г.

2.Реконструкция систем сооружений водоснабжения и водоотведения: Учеб. Пособие. — Ижевск: Издательство ИжГТУ, 2003 г.