Очистка городских сточных вод. Этап биологической очистки
Полноценная технологическая схема очистки ГСВ должна включать в себя 4 основных процесса: механическую очистку, биологическую очистку, обеззараживание очищенной воды и обработку осадка.
В ряде случаев могут применяться так называемые «урезанные схемы», в которых отсутствует какой-то процесс – это оправдано в исключительных условиях.
Факт 1. Биологическая очистка воды – этап очистки гсв, следующий после механической очистки
Биологическая очистка воды – ключевая и обязательная стадия очистки ГСВ. На объектах, где не используются методы доочистки, эта стадия определяет технологические показатели по загрязняющим веществам для всего процесса очистки сточных вод применительно к сбросу очищенной воды в водные объекты.
Задача биологической очистки СВ состоит в том, чтобы аналогично протекающим в водоемах естественным процессам самоочистки с помощью микроорганизмов биологически преобразовать многокомпонентные смеси из органических расщепляемых компонентов, качественный и количественный состав которых подвергается сильным колебаниям, в простые продукты, в частности в углекислый газ, а также дополнительную биомассу. Все встречающиеся в природе органические вещества могут быть расщеплены с помощью микроорганизмов.
Цель биологической очистки СВ состоит прежде всего в расщеплении органических углеродных соединений, а также в элиминировании азотистых соединений и фосфатов. Различают аэробное расщепление – биологическое окисление субстратов и анаэробное расщепление – биологическую редукцию компонентов.
Основное оборудование, используемое для биологической очистки, приведено в таблице 1.
Оборудование |
Краткое описание |
Технологические характеристики |
| Биореакторы с биопленкой |
Очищение сточной воды происходит в результате потребления биопленкой органических загрязнений (в процессе аэробного окисления и окисления аммонийного азота). Для окисления применяется атмосферный воздух. |
Сам по себе метод имеет хорошие технологические возможности (полная биологическая очистка и глубокое окисление аммонийного азота). Однако в РФ используют только архаичный вариант данного метода — с использованием в качестве загрузки щебня, на сооружениях не позднее 60-х годов постройки. |
| Незатопленные биофильтры |
Сточная вода стекает сверху вниз через слой загрузки. В капельные биофильтры с щебеночной загрузкой воздух проникает самопроизвольно, в аэрофильтры подается снизу вентиляторами. Биофильтры с пластиковой загрузкой, как правило, не требуют подачи воздуха |
Сточная вода должна предварительно пройти отстаивание. Применяемые в настоящее время технологии не позволяют проводить процесс денитрификации и, соответственно, удалять азот |
| Затопленные биофильтры |
Сточная вода поступает в биореактор, заполненный загрузкой (стационарной, либо подвижной). Воздух подается снизу через пневматическую аэрационную систему. Конструкция позволяет применять аноксидные (бескислородные) зоны для денитрификации, с перемешиванием мешалками. Очищенная вода направляется на отстаивание. |
Эффективный, надежный процесс для полной биологической очистки и нитрификации при использовании адекватной загрузки. При применении загрузки, недостаточно подходящей для данных условий, возможно накопление избыточного количества биопленки и ее отмирание с вторичным загрязнением воды. В ряде вариантов исполнения может быть использован для эффективного удаления азота, так как в неаэрируемых зонах биофильтра может быть осуществлен процесс денитрификации |
| Роторные биофильтры (биобарабаны) |
Сточная вода протекает через лоток круглого сечения, в котором вращаются полузатопленные диски, закрепленные на валу, либо насыпная загрузка, расположенная в сетчатом барабане. На этих поверхностях развивается биопленка. Аэрация происходит за счет периодического прохождения биопленки через воздушную среду |
Эффективность и сфера применения в настоящее время аналогичны незатопленным биофильтрам |
| Аэротенки |
Сточная вода обрабатывается в контакте с активным илом, после чего прошедшая через необходимые зоны аэротенка (с различными технологическими условиями) иловая смесь поступает на илоразделение. Основное количество отделенного ила рециркулирует в аэротенк. В необходимые зоны аэротенка с помощью аэрационных систем подается воздух. Неаэрируемые зоны перемешиваются. |
Эффективный, надежный процесс при поддержании нагрузки в допустимом диапазоне и подаче достаточного количества воздуха. Технологические характеристики различаются в широком диапазоне в отличие от типа и разновидности процесса, реализуемого в аэротенке |
Биологическая очистка любого типа обладает существенной эффективностью в отношении тяжелых металлов, а также специфических органических загрязнений. Активный ил биологических ОС включает три составляющие — биологическую, органическую (вне биомассы) и неорганическую, каждая из которых способна связывать ионы тяжелых металлов из водных сред. Микроорганизмы поглощают металлы в основном поверхностью клеток за счет физического и химического взаимодействия с поверхностью полисахаридного биополимерного геля, окружающего клетки бактерий активного ила.
Таким образом, задержание тяжелых металлов активным илом происходит в основном в результате процесса сорбции. В условиях большого неисчерпанного резерва биолого-химической сорбционной системы активного ила остаточную несорбированную концентрацию веществ определяют ее физико-химические параметры.
Факт 2. Для обеспечения биологической очистки необходимым количеством кислорода подается сжатый воздух
Для протекания биохимических процессов в аэротенках и затопленных биофильтрах, а также некоторых процессов доочистки, концентрация растворенного кислорода не должна быть менее установленных величин.
Для обеспечения биореакторов биологической очистки (аэротенков, затопленных биофильтров) кислородом для проведения процессов окисления загрязнений применимы различные методы: пневматическая, механическая, струйная аэрация и др.
Рис. 2 Аэротенк
Однако на подавляющем большинстве существующих в Российской Федерации объектов используется пневматическая аэрация, подразумевающая подачу сжатого воздуха. Для подачи воздуха на дно сооружений необходимо сжать большие объемы воздуха до избыточного давления 0,5–0,8 атм.
Так как подача воздуха в аэротенки является основной статьей энергозатрат процесса очистки ГСВ, то важной задачей данного подпроцесса является подача в биореакторы оптимально необходимых объемов воздуха с целью экономии расходуемой энергии.
Факт 3. После окончания биохимических процессов очистки необходимо отделить очищенную воду от активного ила
После окончания очистки в биофильтре очищенная вода содержит частицы вынесенной отмершей биопленки, которую необходимо отделить и направить на обработку. Для этих обеих целей применяют гравитационное илоразделение. Перечень наиболее распространенного оборудования для илоразделения приведен в таблице 2.
| Оборудование | Краткое описание |
Технологические характеристики |
| Отстойники. |
Сточная вода в условиях медленного движения потока от входа к выходу осветляется (происходит самопроизвольное осаждение взвешенных веществ). Осветленная вода переливается через водослив. Образующийся осадок уплотняется на дне и в приямках и затем отводится на обработку |
Максимальная эффективность осаждения взвешенных веществ составляет 65 % — 70 % (чем выше исходное содержание, тем выше эффективность). Снижение БПК5 может достигать 50 % |
| Вертикальные отстойники |
Сточная вода выходит из центральной распредкамеры, движется в сторону дна, затем меняет свое направление, поднимается вверх, к водосливу. Осадок сползает по коническим стенкам |
Минимальная эффективность, обусловленная несовершенной гидравликой. Простота эксплуатации: не требуется оборудование. Возможно залегание осадка на конических стенках днища. Высокая стоимость строительства вследствие большой глубины. Применимо только на ОС с ПП от небольших и ниже |
|
Горизонтальные отстойники |
Прямоугольное (вытянутое) сооружение, через которое вода движется от стенки до стенки. Осадок транспортируется к приямку (приямкам), расположенным у входа, с помощью одного из механических скребковых устройств |
Максимальная технологическая эффективность, обусловленная более совершенной гидравликой. Максимальная компактность. Обязательно применение оборудования для сгребания осадка к приямкам. Более сложное и менее надежное оборудование, чем для радиальной конструкции. Применимы в широком диапазоне от небольших до сверхкрупных ОС |
|
Многоконусные отстойники |
Квадратное сооружение, через которое вода движется от стенки до стенки (как в горизонтальных отстойниках). Осадок оседает на коническое днище и самопроизвольно сползает в приямки (как в вертикальных отстойниках) |
Относительно невысокая эффективность. Простота эксплуатации: не требуется оборудование. Возможно залегание осадка на конических стенках днища. Высокая стоимость строительства вследствие большой глубины и материалоемкости. Более широкая сфера применения, по сравнению с вертикальными — от малых до средних ОС |
| Радиальные отстойники |
Круглое сооружение, в котором вода выходит из центральной распредкамеры, движется к окружности. Осадок сгребается к центральному приямку либо к нескольким приямкам на коаксиальной окружности, с помощью скребков, как правило закрепленных на надводной вращающейся ферме. Ферма опирается на катки, движущиеся по опорной поверхности борта сооружения |
Весьма высокая эффективность. Простое и достаточно надежное оборудование (илоскребы). Применимы от средних до сверхкрупных ОС |
Примечание: Илоразделение в отдельно расположенных вторичных отстойниках не является обязательным. Этот же процесс осуществляют в зонах отстаивания, встроенных в единый аэротенк-отстойник, что позволяет отказаться от использования систем сбора осевшего ила, и, в ряде случаев, его рециркуляции.
Этот принцип использован в различных конструкциях компактных установок. В современных технических решениях илоразделение интенсифицируется за счет использования взвешенного слоя оседающего ила.
Рис. 3 Отстойник
Сокращения, используемые в статье:
ГСВ – городские сточные воды
ОС – очистные сооружения
