Родионов А. И и др. Tехнологические процессы экологической безопасности /Основы энвайронменталистики

Подождите немного. Документ загружается.

421

Растворимость кислорода в чистой воде при давлении ОД МПа

представлена ниже:

Температура,

C 5 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

Растворимость, 12,8 11,3 10,8 10,3 9,8 9,4 9,0 8,7 8,3 8,0 7,7

мг/л

При аэрации должна быть обеспечена большая поверхность

контакта между воздухом, сточной водой и илом, что является необ-

ходимым условием эффективной очистки. На практике используют

пневматический, механический и пневмомеханический способы аэра-

ции сточной воды в аэротенках. Выбор способа аэрации зависит от

типа аэротенка и от необходимой интенсивности аэрации.

При пневматической аэрации сжатый воздух воздуходувкой по-

дают через пористые керамические плиты (фильтросы, пористые и

перфорированные трубы разного диаметра). При механической аэра-

Сточная

вода

Иловая

смесь

Очищен-

-—наявода

/^Актив-

ный ил

Убыточ-

ный актив-

ный ил

Сточная

вода

Возвратный актив-

ный ил

Сточная

вода

Возвратный

активный

ил

Очищенная

вода

Активный ил

Избыточный

ак-

тивный

ил

_ Очищенная

вода

/Ф—*

Активный ил

«-Й

Избыточный

ак-

•

тивный

ил

Рис. П-72. Основные

схемы

установок очистки сточных

вод в аэротенках:

a —

с одноступенчатыми аэротенками без регенерации; б — то же, с регенерацией; в — с

двухступенчатыми аэротенками без регенерации; г — то же, с регенерацией: 1 —

аэротенки; 2 — отстойники; 3 — насосные станции для ила; 4 — регенераторы I

ступени; 5 — аэротенки П ступени; 6 — регенератор П ступени

422

ции происходит перемешивание жидкости различными устройства-

ми, которые обеспечивают дробление струй воздуха. Вблизи этих

устройств возникают пузырьки газа, при помощи которых кислород

переходит в сточную воду.

Аэраторы могут быть с вертикальной и горизонтальной осью вра-

щения. Аэраторы с вертикальной осью вращения делятся на поверх-

ностные и заглубленные в жидкость; по виду механизма аэрации они

делятся на турбинные, импеллерные и струйные. Аэраторы с гори-

зонтальной осью вращения могут быть поверхностные (роторные) и

мешалочные. Классификация механических аэраторов показана на

рис. II-73.

Механизм аэрирования у аэраторов различной конструкции раз-

ный: 1) подсос воздуха через поверхность жидкости в результате по-

нижения давления в ней за вращающимися лопатками; 2) насыще-

ние кислородом струй и капель жидкости, соприкасающихся с воз-

духом; 3) смешение воды и воздуха в межлопастном пространстве

аэраторов в условиях резкого перепада давлений перед и за вращаю-

Рис. II-73. Классификация механических аэраторов

423

щимися лопатками; 4) подсос воздуха струями жидкости, падающи-

ми в основную массу жидкости; 5) растворение кислорода через об-

менивающиеся слои поверхности жидкости при ее турбулентном

перемешивании.

Пневмомеханические аэраторы применяют в тех случаях, когда

требуется интенсивное перемешивание и высокая окислительная мощ-

ность. В этих аэраторах сжатый воздух поступает через аэрационное

кольцо с большими отверстиями и разбивается на мелкие пузырьки.

Это способствует увеличению степени использования кислорода и

уменьшению энергозатрат на создание мелких пузырьков по сравне-

нию с аэраторами из пористых плит и труб.

Продолжительность аэрации в аэротенках всех типов равна

x = (L-L

)/[*(l-S

)r], (11.229)

где L

и L

— БПК

полн

поступающей на очистку воды и очищенной

воды, мг 0

/л; а — доза ила, г/л; S

— зольность ила в долях едини-

цы; г — средняя расчетная скорость окисления, мг БПН

поли

/г беззоль-

ного вещества ила в 1ч.

Скорость окисления загрязнений dL / dx =

г,

07м

называют окис-

лительной мощностью аэротенка.Зная расход сточной воды, концен-

трацию загрязнений до и после очистки и окислительную мощность,

определяют объем аэротенка:

(Ln-L

)

V = —* , M

Аэротенки. На рис. II-74д. показана схема аэротенка-отстойни-

ка, объединенного со вторичным отстойником. Зона аэрации отделе-

на от зоны отстаивания. Сточную воду подают в центре, а отводят по

лотку. В зоне отстаивания образуется слой взвешенного активного

ила, через который фильтруется сточная вода. Избыточный актив-

ный ил отводят из зоны взвешенного слоя по трубам, а возвратный

активный ил поступает в зону аэрации.

В аэротенке-осветлителе (рис. II-746) сточная вода поступает в

зону аэрации, где смешивается с активным илом и аэрируется. Затем

смесь через окна попадает в зону осветления и зону дегазации. В

зоне осветления возникает взвешенный слой активного ила, через

который фильтруется иловая смесь. Очищенная вода через лотки уда-

ляется из аэротенка.

Двухкамерные аэротенки-отстойники (рис Н.74в) являются раз-

новидностью аэротенков-осветлителей. В них зона аэрации разделе-

424

Очищенная

вода

Сточная

вода

1 23 45 5 4 3

Очищенная

вода

мшммпм^/ Актив-

ныйип

Сточная

вода

Сточная

вода

1 23

> Очищенная вода

Актиеныв

ил

Рйс. II-74. Аэротенки: a — аэротенк-отстойник: 1 — лоток, 2 — илососы, 3 —

зона отстаивания, 4 — водосливы, 5 — зона аэрации; б — аэротенк-осветлитель: 1 —

переливные окна, 2 — зона аэрации, 3 — зона дегазации, 4 — направляющая

перегородка, 5 — аэратор, 6 — зона осветления; в — двухкамерный аэротенк-

отстойник: 1 — импеллерный аэратор, 2 — зона предварительного обогащения, 3 —

перегородка, 4 — роторный аэратор, 5 — зона ферментации, 6 — зона осветления

на вертикальной перфорированной перегородкой на две камеры. В

первой камере происходит насыщение иловой смеси кислородом и

сорбция загрязнений активным илом, во второй — окисление сорби-

рованных загрязнений и стабилизация активного ила. Избыточный

ил удаляется из зоны осветления.

Для интенсификации процесса биохимической очистки сточные

воды перед аэрогенном предлагается обрабатывать окислителями (на*

пример, озоном) с целью снижения ХПК. Для этой же цели разрабо-

тан процесс очистки сточных вод в глубоких шахтах. В них устраи-

вают вертикальные трубы, доходящие почти до дна шахты. Сточные

воды подают по трубам одновременно с воздухом. Под действием

высокого гидростатического давления кислород воздуха почти пол-

ностью растворяется в сточной воде. При этом степень его использо-

вания микроорганизмами увеличивается. Иловая смесь по подъем-

ной трубе поднимается вверх и после дегазации (выделение CO

425

) поступает в отстойник. Очистная установка занимает неболь-

шую площадь. При ее работе отсутствует выделение запахов и дости-

гается высокая степень очистки.

Изучен процесс биохимической очистки с отделением активного

ила от очищенной воды не во вторичных отстойниках, а во флотато-

рах. Схема процесса показана на рис. И-75.

Сточные воды поступают в отстойник, где осаждаются взвешен-

ные вещества, а затем в аэротенк. После него смесь очищенной воды

и активного ила направляют во флотатор, в котором ил с пузырька-

ми воздуха поднимается вверх и собирается на поверхности воды.

Часть активного ила возвращают в аэротенк, а другую часть с очи-

щенной водой отводят в контактный резерву ар, где происходит окон-

чательное отделение активного ила. Воду хлорируют и удаляют из

установки.

Использование флотатора позволило повысить концентрацию ак-

тивного ила в аэротенке до 10-12 г/л и увеличить его производитель-

ность в 2-3 раза. Процесс применим для очистки сточных вод с вы-

сокой концентрацией загрязнений.

Очистка в биофильтрах. Биофильтры — это сооружения, в кор-

пусе которых размещается кусковая насадка (загрузка) и преду смот-

рены распределительные устройства для сточной воды. В биофильт-

рах сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытый плен-

кой из микроорганизмов. Микроорганизмы биопленки окисляют орга-

нические вещества, используя их как источники питания и энергии.

Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества,

Рис. II-75. Схема установки для биохимической очистки с флотационным

илсуплотнителем:

— отстойник; 2 — аэротенк; 3,6 — насосы; 4 — флотатор; 5 —

контактный резервуар; 7 — эжектор; 8 — напорный бак

426

а масса активной биопленки увеличивается. Отработанная (омерт-

вевшая) биопленка смывается протекающей сточной водой и выно-

сится из биофильтра.

В качестве загрузки используют различные материалы с высокой

пористостью, малой плотностью и высокой удельной поверхностью:

щебень, гравий, шлак, керамзит, керамические и пластмассовые коль-

ца, кубы, шары, цилиндры, шестигранные блоки, металлические и

пластмассовые сетки, скрученные в рулоны.

В настоящее время предложено большое число конструкций био-

фильтров, которые делят на биофильтры, работающие с панной и

неполной биологической очисткой; с естественной и искусственной

подачей воздуха; с рециркуляцией и без рециркуляции сточных вод;

на биофильтры одноступенчатые и двухступенчатые, капельные и

высоконагружаемые.

Двухступенчатые

биофильтры применяются в том случае, когда

для достижения высокой степени очистки нельзя увеличивать высо-

ту биофильтров. Технологические схемы биофильтров показаны на

рис.Н-76.

Биопленка выполняет такие же функции, как и активный ил. Она

адсорбирует и перерабатывает биологические вещества, находящие-

ся в сточных водах. Окислительная мощность биофильтров ниже

мощности аэротенков.

На эффективность очистки сточных вод в биофильтрах влияют

биохимические, массообменные, гидравлические и конструктивные

параметры. Среди них следует отметить: БПК очищаемой сточной

воды, природу органических загрязнений, скорость окисления, ин-

тенсивность дыхания микроорганизмов, массу веществ, абсорбиру-

емых пленкой ,толщину биопленки, состав обитающих в ней микро-

организмов, интенсивность аэрации, площадь и высоту биофильт-

ра, характеристику загрузки (размер кусков, пористость и удельная

поверхность), физические свойства сточной воды, температуру' про-

Рис. II-76. Схемы установок для очистки сточных вод биофильтрами: а —

одноступенчатая; б — двухступенчатая: 1 — первичные отстойники; 2, 4 — био-

фильтры I и П ступеней; 3 — вторичные отстойники; 5 — третичный отстойник

вода

Очищенная

вода

427

цесса и гидравлическую нагрузку, интенсивность рециркуляции, рав-

номерность распределения сточной воды по сечению загрузки, сте-

пень смачиваемости биопленки.

Биофильтры с капельной фильтрацией имеют низкую произво-

дительность, но обеспечивают полную очистку. Гидравлическая на-

грузка их равна 0,5-3 м

/(м

сут). Их используют для очистки вод до

1000 м

/сут при БПК не более 200 мг/л. Высоконагружаемые био-

фильтры работают при гидравлической нагрузке 10-30 м

/(м

сут),

т.

е.

очищают в 10-15 раз больше сточной воды, чем капельные. Однако

они не обеспечивают ПОЛНУЮ биологическую ОЧИСТКУ.

* 9 *

Для лучшего растворения кислорода производят аэрацию. Объем

воздуха, подаваемого в биофильтр, не превышает 16 м

на 1 м

сточ-

ной воды. При БПК

>300 мг/л обязательна рециркуляция очищен-

ной воды.

Башенные биофильтры применяют для очистных сооружений

производительностью до 5000 м

/сут. Погружные или дисковые био-

фильтры работают при расходах до 500 м

/сут. Они представляют

собой резерву

ар,

в котором имеется вращающийся вал с насаженны-

ми на нем дисками. Уровень сточной воды в резервуаре устанавли-

вают на 2-3 см ниже горизонтального вала. Размер дисков 0,6-3 м, а

расстояние между ними 10-20 мм. Диски могут быть металличес-

кие, пластмассовые и асбестоцементные. Вал вращается со скорос-

тью 1-40 об/мин.

Биотенк-биофильтр (рис II-77) заключен в корпус с располо-

женными в шахматном порядке элементами загрузки, которые пред-

ставляют собой полуцилиндры диаметром 80 мм. Сточная вода по-

ступает сверху, наполняя элементы загрузки, и через края стекает

вниз. На наружных поверхностях элементов образуется биопленка,

а в элементах — биомасса, напоминающая активный ил. Насыще-

ние воды кислородом происходит при движении жидкости. Конст-

рукция обеспечивает высокую

производительность и эффектив-

ность очистки.

Для удаления органических

примесей и проведения процес-

сов нитрификации и денитрифи-

Рис.

П-77.

Биотенк-биофильтр

—

корпус; 2 — элементы загрузки)

428

кации разработана установка "Hei Flou". Основной частью ее явля-

ется колонна с псевдоожиженным слоем зернистого материала (пес-

ка), на поверхности которого культивируются микроорганизмы. Сточ-

ную воду предварительно насыщают кислородом и подают в колон-

ну снизу вверх со скоростью 25-60 м/ч. В колонне образуется псев-

доожиженный слой с поверхностью загрузки 3200 м

/м

, что в 20 раз

больше, чем в аэротенках, и в 40 раз больше, чем в биофильтрах.

Процессы очистки протекают с очень высокой скоростью. Напри-

мер, снижение БПК сточных вод на 85-90% в установке достигается

за 15 мин, а в аэротенке на это требуется 6-8 часов.

Применение кислорода для аэрации сточных вод. При пнев-

матической аэрации вместо возд\"ха начинают использовать техни-

ческий кислород. Иногда этот процесс называют "биоосаждением".

Его проводят в закрытых аппаратах, которые называются окситен-

ками.

Применение кислорода вместо воздуха для аэрации сточных вод

имеет ряд преиму ществ: 1) эффективность использования кислоро-

да повышается с 8-9 до 90-95%; 2) окислительная мощность по срав-

нению с аэротенками возрастает в 5-6 раз; 3) для обеспечения такой

же концентрации кислорода в сточной воде требуется меньшая ско-

рость перемешивания. В этом случае улучшаются седиментацион-

ные характеристики активного ила, он состоит из крупных и плот-

ных хлопьев, которые легко осаждаются и фильтруются, что позво-

ляет повысить его концентрацию до 10 г/л без увеличения габарит-

ных размеров вторичных отстойников; 4) улучшается бактериаль-

ный состав активного ила. При большой концентрации O

не разви-

ваются ниточные бактерии: 5) в очищенной воде остается больше

растворенного кислорода, что способству ет дальнейшей ее доочист-

ке; 6) не возникает проблемы борьбы с запахом, так как процесс произ-

водится

герметически закрытых агрегатах; 7) капельные затраты ниже.

Однако способ очистки удорожается, так как требуются значи-

тельные затраты на производство кислорода, поэтому его целесооб-

разно использовать только в тех случаях, когда кислород является

отходом производств. В окситенках в связи с более высокой концен-

трацией CO

, чем в аэротенках, значительно снижается рН. Умень-

шение времени пребывания сточных вод в сравнении с очисткой в

аэротенках приводит к ухудшению процесса нитрификации. В то же

время увеличение концентрации CO

, вероятно, является причиной

снижения коэффициента прироста активного ила от 0,6-1,2 для аэро-

429

тенков, до 0,4-0,6 для окситенков. Различий в кинетике процессов

очистки при аэрировании кислородом и воздухом не наблюдается.

Разработано несколько конструкций окситенков. На практике при-

меняют окситенки двух типов: 1) комбинированные, работающие по

принцип)' реактора-смесителя; 2) секционные окситенки-вытесни-

тели с отдельным вторичным отстойником. Схема секционного ок-

ситенка показана на рис. II-78. Окситенк представляет собой герме-

тически перекрытый прямоу гольный резервуар, разделенный пере-

городками с отверстиями на 4-6 секций. Верхнее отверстие перего-

родки служит для прохода газа, нижнее — для прохода иловой смеси.

Сточная вода, циркуляционный ал, кислород входят в первую секцию.

Среднюю продолжительность пребывания сточных вод в окси-

тенке определяют по формуле:

т = (L

-L

VtK

(I-S

)^p], (11.230)

где K

и К

— коэффициенты, учитывающие влияние соответственно

концентрации растворенного кислорода

и дозы

активного ала; S

—золь-

ность ата, доли единицы; а — доза активного ала, г/л; р — удельная

скорость окисления, мг; БПК

полн

на Ir беззольного вещества или за 1ч.

В зависимости от состава очищаемых сточных вод в окситенках

оптимальная концентрация кислорода в воде состааляет 10-12 мг/л,

а доза ала — 7-10 г/л.

Совместная очистка бытовых и промышленных сточных вод.

Процесс очистки протекает более устойчиво и полно, когда ведут со-

вместную ОЧИСТКУ' производственных и бытовых сточных вод, по-

Рис. Н-78. Секционный окситенк: 1 — корпус; 2 — секция; 3 — перегородка; 4 —

механические аэраторы

430

Бытовые

стоки

—C2ZJ—

юмышлен- т_А_

в.

А А Л |Л

6, Cl

)

Воздух

2Г

Очищен-

мая вода

Промышлен-

ные стоки

Осадок

S=^

Газ

Рис. II-79. Схема установки для совместной очистки бытовых и промыш-

ленных сточных вод: 1,7 — усреднители; 2, 8 — первичные отстойники; 3 —

смеситель; 4 — аэротенк; 5 — вторичный отстойник; 6 — емкость для обезврежи-

вания; 9 — котельная; 10 — метан тенк; 11 — аппарат для обезвоживания осадка

скольку бытовые воды содержат биогенные элементы, а также раз-

бавляют производственные сточные воды (рис. II-79). Необходимую

степень разбавления определяют по соотношению

» = (V

«УО-.-L^. (П331)

где L

— начальная БПК

полн

производственной сточной воды, мг/л;

L — начальная БПК смеси, мг/л; L, — начальная БПК бы-

см полн

оыт полн

товых вод, L

6biT

=40

OOOq

(здесь q — среднесуточное количество быто-

вых вод на одного человека).

Бытовые сточные воды поступают в усреднитель, а затем в от-

стойник. После осветления воду

направляют в смеситель, где сме-

шивают с производственной сточной водой, поступающей из отстой-

ника. Далее смесь бытовых и промышленных вод поступает в аэро-

тенк. После отделения активного ила во вторичном отстойнике, сточ-

ные воды обезвреживают хлором, затем сбрасывают в водоем или

направляют для использования в производстве.

Осадок из остойников поступает в метантенки. Выделяемый в

процессе сбраживания газ из метанпгенков направляют на сжигание

в котельню. Сброженный осадок обезвреживают и перерабатывают

в удобрение.

10.6. Анаэробные методы биохимической очистки

Анаэробные методы обезвреживания используют для сбражива-

ния осадков, образующихся при биохимической очистке производ-

ственных сточных вод, а также как первую ступень очистки очень

концентрированных промышленных сточных вод (БПК «4-5 г/л),