Основы процессов очистки сточных вод населенных пунктов
Благодаря наличию в реках и других водоемах микроорганизмов, которые используют загрязнения в качестве питания, происходит естественный процесс самоочищения воды. Сведения, касающиеся естественных процессов самоочищения водоемов - это предпосылки для проведения аналогичных процессов на канализационных очистных сооружениях. Однако процессы, которые длятся в природных водоемах дни и недели, здесь необходимо провести за несколько часов. Это касается, прежде всего, биологических сооружений. Необходимые для биологической очистки сточных вод бактерии, как правило, уже присутствуют в сточных водах. К тому же на очистных сооружениях они дополнительно выращиваются искусственно. Для этого создаются специальные благоприятные условия для роста и развития микроорганизмов, как то достаточное количество кислорода, своевременная подача питания (загрязнений). Для того, чтобы такие сооружения могли нормально работать и эксплуатировать их было экономически выгодно, сточные воды должны быть предварительно обработаны. Предварительная очистка включает в себя удаление грубых примесей на сорозадерживающих решетках, удаление песка в песколовках и первичное отстаивание. Возникающие в биологических сооружениях хлопья бактерий удерживаются при вторичном отстаивании. Осажденные вещества после первичного и вторичного от стаивания образуют осадок, который направляется на сооружения сбраживания, где он уменьшается в объеме на 1/3, а затем на обезвоживание. На канализационных очистных станциях хоз-бытового стока применяют различные методы очистки сточных вод. На первой стадии производится механическая очистка сточных вод. Здесь удаляются грубые примеси, песок, взвешенные вещества, включая плавающие загрязнения. Это обеспечивают сороудерживающие решетки, песколовки и отстойники. Сооружения механической очистки способны удалить 20 - 30% всех загрязнений сточных вод Поэтому необходима следующая стадия очистки - биологическая. Здесь удаляются растворенные органические загрязнения и остаточные взвешенные вещества. Биологические сооружения обеспечивают очистку от органических загрязнений на 90-98%. Азот и фосфор, снабжающие водоемы большим количеством пита тельных веществ, также должны удаляться из сточных вод, особенно при сбросе в водоем большого количества жидкости. Азот удаляется, как правило, биологическими методами, в то время как фосфор возможно максимально удалить только химическим осаждением.
Механические процессы в очистке сточных вод Все твердые вещества, содержащиеся в сточных водах, способны оседать согласно закону силы тяжести. Более тяжелые вещества имеют более высокую плотность (удельную массу), и соответственно оседают быстрее, чем вещества с меньшей плотностью. В песколовках устанавливается такая скорость течения потока жидкости, при которой сравнительно тяжелые зерна песка оседают, в то время как более легкие загрязнения находятся во взвешенном состоянии. В отстойниках скорость потока значительно замедляется таким образом, чтобы практически все взвешенные вещества могли осесть. Предпосылкой успешной очистки в таких сооружениях является также равномерное ламинарное движение потока. Препятствия на входе в сооружение или неравномерный приток делают поток неравномерным и могут помешать процессу осаждения. Ухудшить процесс отстаивания, например, могут также низкая температура воды или ее большое солесодержание. Биологические процессы в очистке сточных вод Большая часть органических загрязнений бытовых сточных вод, около 2/3, состоит из растворенных или тонкодисперсных при месей, которые не выделяются в отстойнике. Эти вещества можно в значительной мере удалить из сточных вод с помощью биологических методов очистки. При биохимической очистке сточных вод органические вещества поглощаются микроорганизмами, в частности, различными видами слизистых бактерий (одноклеточные). Быстро размножаясь, они образуют «биологическую пленку» в биофильтре или хлопок «активного ила» в аэротенке. Содержащиеся в сточных водах частицы загрязнений извлекают ся биологической пленкой или активным илом и поглощаются микроорганизмами. При этом органические вещества окисляются с получением углекислого газа и водорастворимых минеральных солей и используются микроорганизмами для построения клетки и выработки энергии, необходимой для жизнедеятельности. Помимо питательных веществ для нормального существования микроорганизмам необходим кислород. Для удовлетворительной работы биологических очистных сооружений необходима подача достаточного количества кислорода одновременно с подачей сточных вод. Выносимая из биофильтра биопленка (активный ил из аэротенка) осаждается во вторичном отстойнике. Сущность биологического метода очистки состоит в том, чтобы преобразовать растворенные органические загрязнения до веществ, не загрязняющих окружающую среду, за счет деятельности мик роорганизмов. Очистка сточных вод на биофильтрах и в аэротенках относится к биологическим методам.
Дополнительная очистка сточных вод (доочистка). Понятие дополнительной очистки сточных вод до конца не определено и изменяется с развитием новых технологий и канализационной техники. Биологическая дефосфотация и окисление азотистых соединений ранее относились к методам доочистки сточных вод. Необходимость применения этих методов на большинстве канализационных очистных сооружений привела к тому, что данные методы введены в стандартную схему очистки сточных вод. Метод коагулирующей фильтрации для осаждения фосфора, применение микросит, фильтрацию очищенных сточных вод через активированный уголь, обработку воды различными типами излучений (УФ-, УЗ-излучения) можно отнести к методам доочистки. Вышеупомянутые методы и соответствующие им сооружения могут устраиваться на очистных сооружениях и использоваться только в исключительных случаях, для очистки высококонцентрированных сточных вод или для части расхода. На сегодняшний день данные методы применяются достаточно редко. Следует помнить, что любые, даже самые современные канализационные очистные сооружения будут хорошо очищать сточные воды только в том случае, когда они хорошо эксплуатируются. В свою очередь эксплуатация зависит от работы технического персонала очистных сооружений.
Промышленно выпускаемые очистные сооружения. Некоторые сооружения очистных станций можно комбинировать друг с другом. Так возможна комбинация первичных отстойников, биологических сооружений и вторичных отстойников в единый блок. Такие блоки выполняются обычно фирмами-производителями в стандартной комплектации, но различного объема для очистных станций разной производительности. Для того чтобы уменьшить количество ручного труда, все больше используют автоматически управляемые устройства для работы на очистных сооружениях. В большей степени это касается малых очистных сооружений. Такая механизация очистных сооружений часто приветствуется операторами очистных сооружений, так как в данном случае ручной труд минимизируется и необходим только тщательный уход и технический контроль сооружений. К таким сооружениям и относятся наши станции очистки сточных вод (СОСВ) – типов Биофлуид Е и АЧБ.
Биофлуид Е Для небольших расходов, где приток сточных вод имеет большой коэффициент неравномерности поступления, мы предлагаем комбинацию: первичный отстойник - погружной биофильтр - вторичный отстойник. Данное решение реализовано в СОСВ Биофлуид Е. В погружном биофильтре биологическая пленка располагается на пластмассовых дисках с развитой поверхностью, которые надеты на ось на расстоянии от 1 до 2 см друг от друга. Вместо дисков могут использоваться пластмассовые элементы различных форм. Процесс очистки происходит следующим образом: ось с дисками находится в постоянном медленном вращении, таким образом, что часть диска периодически смачивается сточной водой, то есть микроорганизмы биопленки, образовавшейся на дисках, периодически получают питание из сточной жидкости, а периодически - кислород. Потребление электроэнергии таким биофильтром невелико. Стоимость его строительства сравнима со стоимостью строительства биофильтров других конструкций. Применение погружных биофильтров возможно при осуществлении процессов нитрификации и денитрификации. При этом нитрификация проводится в аэробном режиме (Биофлуид Е-N). Денитрификация осуществляется, к примеру, в тех случаях, когда погружной биофильтр полностью покрыт водой и расположен перед обычным биофильтром (Биофлуид Е-DN).
АЧБ Для больших объектов (и больших расходов) более рациональным является схема: первичный отстойник - аэротенк - вторичный отстойник. Данное решение реализовано в СОСВ АЧБ. Очистка сточных вод в аэротенках происходит за счет смешивания сточных вод с возвратным активным илом из вторичного отстойника и зоны аэрации. Бактерии, находящиеся в хлопьях ила, поглощают растворенные вещества органические загрязнения и оседают во вторичном отстойнике. После осаждения во вторичном отстойнике активный ил опять направляется в аэротенк для осуществления процесса очистки. Так как бактерии размножаются очень быстро, то при большой нагрузке на сооружение концентрация активного ила становится очень большой, поэтому избыточный активный ил необходимо периодически удалять. Он отводится к первичному отстойнику, где смешивается с сырым осадком и далее осадочная смесь направляется на сооружения обезвоживания и утилизации осадка (например, установки OZK). В противоположность биофильтрации аэрация, рециркуляция и смешивание сточных вод с активным илом в аэротенке происходят искусственным путем. К аэротенку подводятся сточные воды, возвратный активный ил и воздух. Методы подвода могут быть весьма разнообразны. Воздух подводится ко всему резервуару; если возможно управление подачей кислорода, то необходимо подавать в начале сооружения большее количество кислорода и меньшее - в конце сооружения. Системы аэрации в СОСВ АЧБ пневматические. Сжатый воздух подается в сооружение под давлением через пористые аэраторы.