Загальноміські очисні споруди

Вода, поступающая в городскую систему водоотведения, обычно представляет собой смесь хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод. По системе водоотведения эти воды подаются на общегородские очистные сооружения. Если позволяет производительность этих сооружений, сюда же поступают частично или полностью дождевые и талые воды. Полный комплекс общегородских очистных сооружений включает блоки: механической и биологической очистки, доочистки, обеззараживания, обработки осадка (рис. 10.8).

Механическая очистка обеспечивает удаление из сточных вод крупных включений, взвешенных и плавающих примесей. В состав блока механической очистки входят решетки, иногда с дробилками, песколовки, преаэраторы и первичные отстойники.

Решетки предназначены для улавливания крупных включений, которые при необходимости измельчаются в дробилках. На решетках достигается практически полное извлечение из очищаемых сточных вод крупных включений. Извлеченные крупные включения вывозятся на полигон бытовых отходов.

В песколовках, представляющих собой емкости определенных размеров, благодаря резкому уменьшению скорости течения очищаемой жидкости происходит осаждение взвешенных веществ. В песколовках удаляется из сточной воды примерно 40-60% мелких механических примесей. Из песколовок осадок подается на песковые площадки. После высыхания он может быть использован для планировочных работ.

В преаэраторах происходит первичное насыщение сточных вод кислородом путем подачи сжатого воздуха, что существенно улучшает процесс биологической очистки. В сточных водах, поступающих из систем водоотведения, растворенный кислород практически отсутствует. Смешение очищаемых вод с пузырьками воздуха способствует отделению нефтепродуктов и других плавающих примесей, которое происходит в первичных отстойниках, называемых также нефтеловушками. Степень удаления плавающих примесей составляет 60-80%. Всплывшие нефтепродукты специальными скребками собираются в бочки и направляются на регенерацию или на сжигание.

Из первичных отстойников очищаемые сточные воды поступают в блок биологической очистки, где происходит деструкция органических соединений, поддающихся биохимическому окислению. Из сооружений биологической очистки наибольшее распространение получили аэротенки. Они представляют собой железобетонные, реже кирпичные или металлические удлиненные емкости, где происходит контакт очищаемых сточных вод с активным илом при одновременном насыщении их кислородом воздуха. Активный ил представляет собой специально культивируемое сообщество микроорганизмов, пищей для которых служат органические вещества, содержащиеся в сточных водах.

Рис. 10.8. Схема полной биологической очистки городских сточных вод в аэроттенках: РХ — удаление солей фосфора добавкой реагентов; Д — удаление солей азота в денитрификаторах; ОД — удаление солей азота в отстойниках-денитрификаторах.

Рис. 10.9Принципиальная схема станции биохимической очистки сточных вод

Нормальное содержание активного ила в очищаемых сточных водах составляет 2 г/л (по сухому веществу). Для интенсификации процесса деструкции органических соединений в аэротенки постоянно нагнетается сжатый воздух в соотношении 10:1 - к объему очищаемой жидкости. Аэротенки в блоке биологической очистки располагаются таким образом, чтобы очищаемая сточная вода, проходя через них последовательно один за другим, находилась в контакте с активным илом в течение 18-20 часов. Температура воды в аэротенках должна быть не ниже +5° С и не выше 40° С. Степень деструкции в аэротенках органических веществ, поддающихся биохимическому окислению, составляет около 90%.

Очищенные в аэротенках сточные воды поступают во вторичные отстойники, где происходит оседание активного ила, который попал сюда из аэротенков вместе с водой. Микроорганизмы активного ила при оседании адсорбируют своей чешуйчатой поверхностью мельчайшие взвеси, оставшиеся в очищаемых сточных водах после прохождения песколовок и первичных отстойников, а также ионы тяжелых металлов. Степень извлечения металлов за счет адсорбции микроорганизмами колеблется от 10 до 60%.

После вторичных отстойников городские сточные воды считаются прошедшими биологическую очистку и могут быть сброшены в поверхностные водные объекты. Перед сбросом в обязательном порядке производится их обеззараживание путем обработки хлорной водой. Приготовление хлорной воды производится в хлораторной растворением активного хлора в воде. После хлорирования сбросная вода должна пройти дегазацию, так как попадание активного хлора в водный объект может привести к гибели рыбы. Дегазация сбросных вод происходит в каналах и быстротоках по пути следования от места хлорирования до места выпуска в водный объект.

Если качество очистки сточных вод не удовлетворяет условиям их сброса в водные объекты или сточные воды после очистки предполагается использовать для технического водоснабжения или пополнения городских рек, то в этих случаях организуется их доочистка. При пополнении стока городских рек очищенными сточными водами доочистка должна обеспечить придание им свойств и состава, присущих природным речным водам. Для доочистки сточных вод используют фильтры с зернистой загрузкой, установки пенной и напорной флотации, коагуляцию и флокуляцию, сорбцию, озонирование, установки для извлечения из воды соединений фосфора и азота. Для придания очищенным сточным водам качеств природной воды их доочистка проводится в каскаде биологических прудов или на биоинженерных сооружениях типа биоплато.

В процессе биологической очистки сточных вод образуется большое количество осадка, представляющего собой отмерший или избыточный активный ил, который удаляется из аэротенков и вторичных отстойников. Ил имеет влажность 97-98% и очень плохо отдает воду. С целью обезвоживания его сначала обрабатывают в метантенках или аэробных стабилизаторах, затем подвергают механическому обезвоживанию в гидроциклонах, центрифугах, вакуум-фильтрах или фильтр-прессах, после чего направляют на иловые площадки для окончательного высушивания.

В метантенках, представляющих собой герметичные цилиндрические резервуары, в течение нескольких часов при температуре 33-53° С происходит сбраживание ила. При обработке в метантенке ил теряет свою водоудерживающую способность, его влажность снижается до 92—94%. В процессе сбраживания выделяется газ, главным образом метан, с теплотворной способностью до 5000 ккал/м³. Из 1 кг осадка (по сухому веществу) образуется около 1 м³ газа плотностью 1 кг/м³. Получаемый газ используется обычно в котельных сооружений биологической очистки.

В аэробных стабилизаторах, представляющих собой обычные аэротенки, активный ил подвергается усиленной аэрации в течение нескольких суток. Расход воздуха при этом составляет до 2 м³/час на 1 м³ вместимости стабилизатора. Влажность ила снижается на 2-3%, он в значительной мере теряет свою водоудерживающую способность.

При механическом обезвоживании влажность осадка может быть снижена до 65-70%, а объем его, по сравнению с сырым осадком (влажностью 98%), уменьшен в 15-20 раз.

Окончательное высушивание осадка происходит на иловых площадках. Площадки представляют собой выровненные участки (карты) площадью 0,25-2 га, обвалованные невысокими (0,7-1 м) дамбами. Здесь в природных условиях в течение нескольких месяцев (до года) происходит высушивание и компостирование (перегнивание) илового осадка. Компостированный иловый осадок является хорошим органическим удобрением. Ограничения в его применении могут быть связаны со сверхнормативным содержанием соединений тяжелых металлов.