Системы локальной очистки сточных вод

ТЕОРИЯ ОСНОВНЫХ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Очистка воды обычно представляет собой комбинацию нескольких процессов: физических, химических, биологических.
Они обеспечивают вначале удаление всех взвешенных веществ, затем коллоидных и растворенных неорганических и органических примесей.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА

Любые природные и (или) сточные воды перед поступлением на основные очистные сооружения желательно подвергать пред-варительной обработке физическими или механическими способами, чтобы удалить вещества, присутствие которых нежелательно в дальнейших процессах обработки. Одновременно могут быть использованы один или несколько этих способов в зависимости от размеров очистной станции и качества сырого стока: процеживание; измельчение отбросов; удаление песка; предварительная обработка; удаление нефти и жиров; тонкое процеживание; удаление и обработка песка и отбросов.

КОАГУЛЯЦИЯ И ФЛОКУЛЯЦИЯ

     Коагуляция - это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. В очистке сточных вод ее применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ. Коагуляция наиболее эффективна для удаления из воды коллоидно-дислерсных частиц, т. е. частиц размером 1-100 мкм. Коагуляция может происходить самопроизвольно или под влиянием химических и физических процессов. В процессах очистки сточных вод коагуляция происходит под влиянием добавляемых к ним специальных веществ - коагулянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидроксидов металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их за счет того, что коллоидные частицы имеют слабый отрицательней заряд, а хлопья коагулянтов слабый положительный заряд, и между ними возникает взаимное притяжение.
     Флокуляция - процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений называемых флокулянтами. Флокуляцию проводят для интенсификации процесса образования хлопьев гидроксидов металлов с целью повышения их скорости осаждения. Введение флокулянтов позволяет снизить дозу коагулянта, продолжительность коагуляции, увеличить размеры укрупненных агрегатов и, следовательно, повысить их скорость осаждения.
     Процесс интенсификации очистки воды методами коагуляции и флокуляции включает следующие стадии: дозирование и смешение реагентов со сточной водой, хлопьеобразование и осаждение хлопьев.

ФЛОТАЦИЯ

Флотацию применяют для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются. В некоторых случаях флотацию используют и для удаления растворенных веществ, например, ПАВ. Такой процесс называют пенной сепарацией или пенным концентрированием. Флотацию применяют для очистки сточных вод многих производств: нефтеперерабатывающих, искусственного волокна, целлюлозно-бумажных, кожевенных, машиностроительных, пищевых, химических и др. Ее используют также для выделения активного ила после биохимической очистки.

СИСТЕМА АЭРОБНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ

Биологический и биохимический методы применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических (сероводорода, сульфатов, аммиака, нитритов и т.д.) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности.
В процессах очистки сточных вод используют три основных способа существования микроорганизмов:

культуры бактерий в свободном состоянии в активных илах аэротенков при средней и малой нагрузке или продолжительной аэрации;
культуры бактерий в пленочных биофильтрах;
культуры бактерий в биофильтрах с зернистыми загрузками.

Любые природные и (или) сточные воды перед поступлением на основные очистные сооружения желательно подвергать предварительной обработке физическими или механическими способами, чтобы удалить вещества, присутствие которых нежелательно в дальнейших процессах обработки. Одновременно могут быть использованы один или несколько этих способов в зависимости от размеров очистной станции и качества сырого стока: процеживание; измельчение отбросов; удаление песка; предварительная обработка; удаление нефти и жиров; тонкое процеживание; удаление и обработка песка и отбросов.

Решетки

     Для процеживания используют стержневые решетки, которые позволяют предохранить очистные станции от поступления крупных примесей, способных оказаться причиной блокирования различных сооружений, а также выделить и экстрагировать более легкие и крупные примеси, находящиеся в исходном стоке, способные создавать препятствия в эксплуатации последующих сооружений.
     Эффективность работы решеток зависит от величины прозоров между стержнями. Различают решетки с мелкими прозорами (от 3 до 10 мм), средними (от 10 до 25 мм) и крупными (от 50 до 100 мм). Решетки очищают либо вручную или, когда станция достаточно большая, с применением автоматизированной системы; в этом случае решетку называют механической стержневой решеткой.
     Решетки могут быть неподвижными, подвижными, а также совмещенными с дробилками. Наибольшее распространение имеют неподвижные решетки. Решетки изготовляют из металлических стержней и устанавливают на пути движения сточных вод под углом 60-75°. Стержни мо-гут иметь круглое или прямоугольное сечение. Решетки допускается не предусматривать в случае подачи сточных вод на очистные сооружения насосами при установке перед насосами решеток с прозорами не более 16 мм или решеток-дробилок.

Песколовки

Песколовки предназначены для удаления мелких камней, песка, крупных взвешенных веществ, которые забивают трубопроводы, каналы очистных сооружений, а также приводят к износу рабочих поверхностей насосов. Их применяют для предварительного выделения минеральных и органических загрязнений (0,2-0,25 мм) из сточных вод. Песколовки предусматриваются при производительности очистных сооружении свыше 100 м³/сут. Число песколовок или отделений принимается не менее двух, причем все песколовки или отделения рабочие. Из воды удаляются частицы размером более 200 мкм, более мелкие частицы извлекаются с помощью отстаивания. Различают три типа песколовок: горизонтальные, тангенциаль-ные, аэрируемые. Горизонтальные песколовки представляют собой резервуары с треугольным или трапецеидальным поперечным сечением. Глубина песколовок 0,25-1 м. Скорость движения воды в них не превышает 0,3 м/с. Разновидностью горизонтальных песколовок являются песколовки с круговым движением воды в виде круглого резервуара конической формы" с периферий-ным лотком для протекания сточной воды. Осадок собирается в коническом днище, откуда его направляют на переработку или в отвал. Применяются при расходах до 7000 м³/сут. Вертикальные песколовки имеют прямоугольную или круглую форму.
Выбор конкретного типа зависит от производительности очистных сооружений, схемы очистки сточных вод и обработки их осадков, характеристики взвешенных веществ, компоновочных решений и т. п.

Отстойники

     Отстойники предназначены для удаления из воды мелкодисперсной взвеси. Тип отстойников: горизонтальный, вертикальный, радиальный, с вращающимся сборно-распределительным устройством, двухъярусный и др.
     Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный резервуар, имеющий два или более одновременно работающие секции. Вода движется с одного конца к другому, при этом под действием гравитационных сил происходит осаждение взвешенных частиц. Глубина таких отстойников составляет Н=1,5-4 м, длина 8-12Н, ширина коридора 3-6м. Для обеспечения ламинарного потока внутри рабочих коридоров жидкость вводится при помощи поперечных лотков.
     Радиальный отстойник представляет собой круглый в плане резервуар. Вода движется от центра к периферии, где наблюдается минимальная скорость потока. Глубина проточной части составляет 1,5-5 м, отношение диаметра к глубине от 6 до 30. Отстойники такого типа применяются при расходах сточных вод свыше 20000 м³/сут. разновидностью радиальных являются отстойники с вращающимся сборно-распределительным устройством, которое обеспечивает более спокойную обстановку внутри резервуара.
     Тип отстойника для конкретного случая необходимо выбирать с учетом принятой технологи-ческой схемы очистки сточных вод и обработки их осадка, производительности сооружений, очередности строительства, числа эксплуатируемых единиц, конфигурации и рельефа площадки, геологических условий, уровня грунтовых вод и т. п. Максимальная эффективность отстаивания для всех типов составляет 70%. Для ее повышения существуют различные методы: изменение конструкции аппаратов под определенный вид стоков, комбинация разных типов, использование блоков тонкослойного осветления, сочетание гравитационного осаждения с физико-химическими методами очистки (коагулированием, флокулированием, флотацией и т.д.).

СИСТЕМЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ

     Можно выделить две основные группы биологических методов очистки сточных вод: анаэробные и аэробные.Особенностью анаэробных методов очистки является получение в качестве конечных продуктов при разложении органических углеводородных соединений метана и диоксида углерода. При использовании этих методов не требуется аэрация воды и образуется незначительное количество избыточного ила.
     Особенностью аэробных методов очистки является обеспечение водных биоценозов кислородом. Кислород используется для окисления содержащихся в воде загрязнений путем получения минеральных соединений и биомассы.
     Для России характерно использование аэробных методов очистки сточных вод, загрязненных органическими соединениями. Анаэробные методы очистки применяются в основном для переработки избыточного активного ила или биологических отходов. Мировой опыт использования анаэробных методов не раз подтверждал их эффективность для очистки сточных вод пищевой промышленности.

СИСТЕМА АЭРОБНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ

культуры бактерий в свободном состоянии в активных илах аэротенков при средней и малой нагрузке или продолжительной аэрации;
культуры бактерий в пленочных биофильтрах;
культуры бактерий в биофильтрах с зернистыми загрузками.

Установка биологической очистки включает в себя аэротенк со свободными культурами бактерий в суспендированном виде в присутствии воздуха или кислорода и последующий вторичный отстойник или осветлитель, предназначенный для осветления перерабатываемой воды и концентрирования активных илов, чтобы обеспечить их непрерывный возврат в аэротенк. Рециркуляция эта необходима для перераспределения воды и обеспечения в ней высокой концентрации активных илов для максимального удаления загрязнений.

ОЧИСТКА В АЭРОТЕНКАХ.

     Аэротенками называют железобетонные аэрируемые резервуары. Процесс очистки в аэротенке идет по мере протекания через него аэрированной смеси сточной воды и активного ила. Аэрация необходима для насыщения воды кислородом и поддерживания ила во взвешенном состоянии. Аэрация воды - насыщение воды кислородом воздуха. Аэрация производится: в очистных водопроводных сооружениях с целью удаления из воды гидроокиси железа, свободной углекислоты и сероводорода, что существенно улучшает её качество; в сооружениях биологической очистки сточных вод (аэротенках, аэрофильтрах, биофильтрах) для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов (аэробных бактерий), осуществляющих процесс минерализации растворённых органических веществ и других загрязнений.
     Аэротенк представляет собой открытый бассейн, оборудованный устройствами для принудительной аэрации. Они бывают двух-, трех- и четырех-коридорные. Глубина аэротенков 2-5 м.

     Аэротенки подразделяются по следующим основным признакам:

Гидродинамическому режиму - на аэротенки-вытеснители, аэротенки-смесители и аэротенки промежуточного типа (с рассредоточенным вводом сточных вод);
По способу регенерации активного ила - на аэротенки с отдельной регенерацией и аэротенки без отдельной регенерации;
По нагрузке на активный ил - на высоконагружаемые (для неполной очистки), обычные и низконагружаемые (с продленной аэрацией);
По количеству ступеней - на одно-, двух- и многоступенчатые;
По режиму ввода сточных вод - на проточные, полупроточные, с переменным рабочим уровнем и контактные;
По конструктивным признакам.

Наиболее распространены коридорные аэротенки, работающие как вытеснители, смесители и с комбинированными режимами.

В аэротенках применяются:

мелкопузырчатые аэраторы- пористые керамические и пластмассовые материалы (фильтросные пластины, трубы, диффузоры) и синтетические ткани (мелкопузырчатые аэраторы обеспечивают наиболее интенсивное насыщение воды кислородом);
среднепузырчатые аэраторы- щелевые и дырчатые трубы;
крупнопузырчатые аэраторы- трубы с открытым концом;
механические и пневмомеханические аэраторы.

Для сокращения объема застойных зон, увеличения коэффициентов массопереноса и уменьшения площадей застройки (габаритных размеров аэротенков) используют такие конструктивные элементы как струенаправлющие перегородки.

Конструктивно аппараты включают зону аэрации, в которой происходит насыщение иловой смеси ки-слородом воздуха, и одну или несколько зон осветления, где за счет специфической формы и значительного вихреобразования происходит формирование взвешенного слоя активного ила. Такой ил, с одной стороны, проявляет значительно большую активность в процессе биодеградации органических соединений, с другой - обеспечивается осветление жидкости. За счет невысокой средней скорости восходящего потока в верхней части зоны осветления происходит также отстаивание иловой смеси.

Значительное сокращение площадей, занимаемых станциями очистки сточных вод, может достигаться путем использования высокона-гружаемых аппаратов биологической очистки, например, аэротенков-осветлителей. Эти сооружения позволяют одновременно проводить биологическую очистку сточной воды взвешенным слоем активного ила и разделение ило-водной смеси. Для мелкопузырчатой аэрации необходимо получение пузырьков не только мелкого размера, но и получение их одинаковыми. При разных диаметрах пузырьков, они имеют разную энергетическую составляющую. При этом происходит коалесценция пузырьков, что приводит к барботажу в сооружении. Для получения мелких пузырьков используется пневмогидравлический способ аэрации. Дело в том, что применение перфорированных труб или фарфоровых тарелок неизбежно приводит к закупориванию мелких отверстий, и следовательно увеличению эксплуатационных затрат.

Эжекторы:

Глубина погружения 1 - 6 м
Массоперенос кислорода 1 - 65 кгО₂/час
Мощность комплектных насосов 1 - 44 кВт
Диаметр сопла эжекторов 27 - 95 мм

Аэромешалки:

Глубина погружения 2- 9 м
Массоперенос кислорода 20 - 85 м³/час
Подача воздуха 150- 800 м³/час
Мощность воздуходувок + мешалка 7- 39 кВт
Диаметр сопла эжекторов 27- 95 мм