Quot; ~ Чтах ' ^OTCTJ 2 страница

Обезвреживание осадка бытовых сточных вод.Во время работы очист­ных канализационных станций осадок образуется в значительных количествах. Осадок сточных вод задерживается на решетках, в первичных и вторичных от­стойниках. На решетках задерживаются также твердые отходы. После измель­чения в специальных устройствах (измельчителях) эти отходы в виде пульпы сбрасываются в канал после решеток, где выпадают в осадок в первичных от­стойниках. Во вторичных отстойниках оседает активный ил, выносимый из аэротенков, отмершая биологическая пленка, вымываемая из биологических фильтров. Избыточный активный ил или биологическую пленку, из вторичных отстойников перекачивают в сооружения для обработки осадка. Сырой осадок имеет неприятный гнилостный запах. Он опасен в эпидемическом отношении, так как содержит большое количество яиц гельминтов, энтеропатогенных бак­терий и вирусов. Кроме того, сырой осадок долго высыхает. Вместе с тем, ор­ганический осадок, обработанный в специальных перегнивательных камерах, теряет гнилостный запах, отдает влагу во время высушивания, а соединения азота, фосфора и калия, содержащиеся в осадке, хорошо усваиваются растени­ями, когда его используют в качестве удобрения. Кроме того, количество осад­ка уменьшается, так как часть органических веществ, минерализуясь, перехо­дит в растворенное и газообразное состояние.

Обезвреживание осадка бытовых сточных вод на современных очистных станциях происходит в специальных сооружениях — перегнивателях. Они обес­печивают устранение эпидемической и санитарной опасности, выделенной из сточных вод твердой фазы загрязнений, содержащих значительное количество влаги, органических веществ, в том числе легко зашиваемых микроорганиз­мов, в частности и патогенных, яиц гельминтов. Обезвреживают осадок сточ­ных вод при помощи: 1) сооружений для уплотнения твердой фазы (уплотните­лей ила); 2) сооружений для стабилизации осадка (метантенки); 3) сооружений для дегидратации (обезвоживания) осадка (вакуум-фильтры, фильтрпрессы, иловые наземные и подземные площадки; 4) сооружений для термического обезвреживания осадка; 5) установок для дегельминтизации; 6) путем компос­тирования (табл. 19).

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

Уплотнители и сгустители осадка перед обезвоживанием или сбражи­ваниемприменяют для повышения концентрации активного ила. Это уплот­нители гравитационного типа (радиальные, вертикальные, горизонтальные), флотаторы и сгустители осадка. На уплотнители подаются избыточный актив­ный ил после вторичных отстойников, а также сырой осадок. При проектирова­нии радиальных и горизонтальных илоуплотнителей следует предусматривать выпуск уплотненного осадка под гидростатическим давлением не менее 1 м. Илоуплотнители должны быть оборудованы илососами или илоскребками для удаления осадка. Иловую воду после илоуплотнителей подают в аэротенки. Технологической схемой должно быть предусмотрено устройство не менее двух уплотнителей, причем оба рабочих.

Данные для расчета гравитационных уплотнителей ила приведены в табл. 20.

ТАБЛИЦА 19 Классификация методов обезвреживания осадка сточных вод

ТАБЛИЦА 20 Данные для расчета гравитационных илоуплотнителей (СНиП 2.04.03-85)

Примечание. Продолжительность уплотнения избыточного ила промышленных сточных вод мо­жет быть изменена в зависимости от его свойств.

РАЗДЕЛ II. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

В выборе методов стабилизации, обезвоживания и обезвреживания осадка следует учитывать местные условия (климатические, гидрогеологические, гра­достроительные, агротехнические и пр.), а также физико-химические и тепло-физические характеристики осадка, их способность к водоотдаче.

На очистных канализационных станциях или мусороперерабатывающих за­водах может осуществляться совместная обработка обезвоженного осадка и твер­дых бытовых отходов. После обезвоживания осадок городских и близких к ним по составу промышленных сточных вод при соответствующем научном обос­новании можно использовать как органоминеральные удобрения.

Метантенки— закрытые цилиндрические железобетонные резервуары с куполообразным герметическим перекрытием и коническим днищем, предна­значенные для сбраживания осадка. Их устраивают на очистных канализаци­онных станциях мощностью свыше 10 000 м³/сут.

Объем метантенков в зависимости от мощности станции может доходить до нескольких тысяч кубических метров.

В верхней части куполообразного перекрытия устанавливают колпак для сбора газа, образуемого во время сбраживания осадка, и отведения в газовую сеть или непосредственно для использования. Поскольку газ поступает в соо­ружения неравномерно, на тупиковых концах такой сети целесообразно устра­ивать газгольдеры, которые выравнивают давление газа в сети. Для ускорения процессов сбраживания осадок подогревают "острым" паром (100—110 °С). Его подают во всасывающую трубу насоса при поступлении и перемешивании осадка или непосредственно в метантенк при помощи энсектирующих устройств. Пар смешивается с осадком, конденсируется и нагревает его до температуры 70—80 °С. Благодаря такой температуре происходит полная дегельминтизация и отмирание патогенной микрофлоры. Обезвреживание осадка в метантенке при высокой температуре среды происходит быстрее и эффективнее, чем в иловой камере двухъярусного отстойника. Это, несомненно, является гигиеническим преимуществом способа обеззараживания осадков сточных вод.

Обычно для сбраживания поступает смесь свежего осадка из первичных отстойников и уплотненного избыточного активного ила из вторичных отстой­ников. Допускается подача в метантенки и других органических веществ, кото­рые подлежат сбраживанию. Это измельченные отходы, снимаемые с решеток, бытовой мусор, промышленные отходы органического происхождения и пр.

В норме в метантенках, где процесс мезофильного сбраживания происхо­дит при температуре 33 °С или термофильного — при температуре 53 °С выде­ляется газ, содержащий 62—64% метана, 32—34% — углекислого газа, почти 4% водорода, кислорода и азота (вместе взятых). Исследованиями установле­но, что в метантенках органические вещества распадаются в среднем на 40%. Наибольшему распаду подлежат жироподобные вещества и углеводы. Удаляе­тся сброженный осадок из метантенка и поступает в него свежая смесь осадка сточных вод с избыточным активным илом при помощи специальных трубо­проводов.

Биологическая пленка из отстойников после биологических фильтров, а так­же избыточный активный ил из вторичных отстойников после аэротенков может

Рис. 44. Иловые площадки (схема): 1 — канал для подведения ила; 2 — шиберы, регулирующие напуск ила; 3 — лотки для выпуска ила; 4 — узкоколейка для вагонеток; 5 — кирпичный канал для сбора дренажной воды; 6 — трубчатый дренаж; 7 — слой щебня; 8 — слой песка; 9 — слой ила; 10 — основа иловой площадки из жирной глины

подаваться непосредственно в метантенки или первичные отстойники, а уже оттуда — в метантенки.

Иловые площадки.Осадок сточных вод, а также смесь осадка сточных вод и избыточного активного ила, выгружаемые из метантенков, двухъярусных отстойников, других сооружений, имеют высокую влажность. В частности, влажность осадка из метантенков — 96—97%, из двухъярусных отстойников — до 90%. Для дальнейшего использования его нужно высушивать. Для этого су­ществуют разные способы, но чаще всего осадок высушивают на иловых пло­щадках (рис. 44). После пребывания на иловых площадках влажность осадка снижается до 75%, в результате чего его объем уменьшается в 3—8 раз.

Для высушивания осадка используют иловые площадки на природной основе (без дренажа и с дренажом), на искусственной асфальтобетонной с дре­нажом, каскадные с отстаиванием и поверхностным удалением иловой воды, площадки-уплотнители.

Требования к проектированию и устройству иловых площадок определе­ны СНиП 2.04.03-85. Их строят на хорошо спланированных участках земли (картах). Площадки на природной основе допускается проектировать при усло­вии залегания грунтовых вод на глубине не менее 1,5 м от поверхности карт и когда исключается опасность загрязнения грунтовых вод. В других вариантах дно иловых площадок делают непроницаемым. На дно укладывают дренаж­ные трубы и материал для фильтрования разной величины высотой 30—50 см.

Со всех сторон такие карты ограждают земляными валиками, на 0,3 м вы­ше рабочего уровня. Рабочая глубина карт составляет 0,7—1 м. Осадок на­ливают на карты периодически слоями 0,2—0,25 м. Благодаря дренированию ил быстро подсыхает. Дренажная вода от сброженного ила не требует очистки. Ее можно отвести непосредственно в водоем или на хлорирование вместе с об­щим потоком очищенной сточной воды. В то же время дренажная вода от све­жего ила может загнивать, очень загрязнена и поэтому обязательно должна быть возвращена на сооружения для биологической очистки.

При пребывании на картах иловых площадок осадок теряет влагу за счет испарения (частично фильтрации) влаги через почву. В холодное время го­да 80% площади иловых площадок используют для намораживания осадка.

РАЗДЕЛ U. CAHWT АРНАЯ. ОХРАНА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

Остальные 20% предназначены для использования в период весеннего его тая­ния. Ил на намораживание наслаивается на 0,1 м меньше высоты ограждаю­щих валиков. Количество намороженного осадка не должно превышать 75% объема, от выпущенного на площадки, за весь период его намораживания.

Осадок после иловых площадок теряет отрицательное эпидемиологическое значение и приобретает положительные агротехнические свойства как удобре­ние для сельскохозяйственных культур. Высушенный до 75% осадок погружа­ют в транспортные средства и вывозят в места использования. Санитарно-ги­гиенические и агроэкологические требования к осадку сточных вод, который рекомендуется в качестве удобрений, определены "Технологическими и агро-экологическими нормативами использования осадков сточных вод городских очистных сооружений в сельском хозяйстве" (КНД 33-3.3-02-99). Норматив­ный документ разработан с нашим участием опытной станцией утилизации сточных вод Института гидротехники и мелиорации и Института агроэколо­гии и биотехнологии Украинской академии аграрных наук.

Биологическая (вторичная) очисткапредназначена для освобождения жидкой фазы сточных вод, преимущественно бытовых, от органических ве­ществ, находящихся в виде тонких суспензий, коллоидов в растворе, путем биохимических окислительно-восстановительных процессов, осуществляемых аэробными микроорганизмами (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты, простейшие) в специальном комплексе очистных канализационных сооруже­ний. Методы и сооружения для биологической очистки сточных вод делятся на две группы (табл. 21). К первой группе относятся методы биологической очистки, воспроизводящие процессы самоочищения в почве. Очистные соору­жения, в которых воспроизводятся процессы самоочищения в почве, делят, в свою очередь, также на две группы. К первой группе отнесены сооружения, в которых биологическая очистка протекает в природном слое почвы. Это — большие и малые поля орошения, поля фильтрации, площадки подземной фильтрации, фильтрующие колодцы, фильтрующие траншеи с естественным фильтрующим слоем почвы. Вторую группу составляют сооружения, в кото­рых биологическая очистка протекает в искусственно созданном слое загрузки,

ТАБЛИЦА 21 Классификация методов исооружений для биологической (вторичной)

очистки сточных вод

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

моделирующем почву (различные биологические, песчано-гравийные фильт­ры, траншеи с искусственным фильтрующим слоем). Вторую группу составля­ют методы и сооружения, воспроизводящие процессы самоочищения в водое­мах, а именно: биологические пруды, аэротенки, малогабаритные установки на полное окисление — УКО-25; УКО-100; БИО-25; БИО-100; КУ-12; КУ-200 и их прототипы — ЦОК; APT; аэротенки-осветлители колонного и коридорно­го типов, симбиотенки и др.

В последнее время для очистки сточных вод малых населенных пунктов и отдельно расположенных объектов значительное распространение получили сооружения для анаэробно-аэробной очистки сточных вод. Преимуществами анаэробной очистки, по мнению исследователей, являются: а) низкое потреб­ление электроэнергии (до 10% от энергопотребления при аэробной очистке); б) образование незначительного количества избыточного активного ила; в) до­статочная стабильность образуемого избытка ила, не требующего дальнейшей обработки; г) возможность поддержания активности анаэробного ила длитель­ное время, при температуре его хранения не ниже +15 °С; д) допустимость вы­соких нагрузок (до 30 кг ХПК/м³ в сутки при температуре 30 °С) в сравнении с 3 кг ХПК/м³ в сутки (при аэробной очистке).

Недостатком анаэробной очистки является то, что анаэробные бактерии развиваются медленнее аэробных, а это задерживает ввод биореакторов в экс­плуатацию. Кроме того, бактерии метанового брожения чувствительны к раз­личным ингибиторам.

Вместе с тем, в последние годы метод получил значительное распростра­нение. Так, фирмой "Бионик" созданы биореакторы анаэробного и аэробно­го типов биологической очистки сточных вод, производительностью от 25 до 50 м³/сут. Биореакторы дают возможность получать очищенную сточную воду различного качества в зависимости от требований. Преимуществом такой тех­нологии является то, что на первой стадии очистки происходит анаэробное окисление, не требующее в отличие от аэробного, значительных энергозатрат, и не сопровождающееся значительным увеличением количества активного ила. Технология очистки следующая: исходная сточная вода проходит предвари­тельную механическую очистку от взвешенных веществ и песка. Затем освет­ленная сточная вода попадает в анаэробный биореактор, где освобождается от органических веществ микроорганизмами, иммобилизированными на волок­нистой загрузке, "Вия". После анаэробного биореактора первой ступени вода подается в анаэробный реактор второй ступени. В нем сточные воды очища­ются микроорганизмами, находящимися на волокнистой загрузке. Очищенная сточная вода из биореактора подается в песчаную фильтрующую траншею для аэробной доочистки.

Анаэробные биотехнологии используют для очистки сточных вод во всем мире. Только за последние 10 лет построены тысячи UASB-реакторов (Upflow Anaerobic Sludge Blancer reactor — реактор с восходящим потоком через слой анаэробного ила), не только очищающие сточные воды, но и генерирующие био-газ, который богат энергией. В частности, в Нидерландах компаниями "Pвques" и "Biotan" их сооружено свыше 350.

РАЗДЕЛ П. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

В Англии, например, технологическая схема анаэробной очистки бытовых сточных вод имеет 2 анаэробных биореактора периодического действия, 2 сек­ции аэротенков и биологический пруд. Продолжительность пребывания сточ­ных вод в сооружениях по приведенной схеме составляет 10 ч. За это время ХПК сточных вод снижается с 490 до 20 мг 0₂/л, БПК₅ — с 240 до 2,2 мг 0₂/л, содержание азота общего — с 45 до 4,5 мг/л, фосфора общего — с 9,4 до 3,4 мг/л.

В Украине значительное распространение получили установки "Bioclere" производства "Экофин". "Биоклер" производит в Польше совместное финско-польское предприятие "Ecofinn-Pol". Рассчитана установка на очистку бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод небольших поселков, мощность ее до 20 м³/сут. Технологическая схема "Биоклер" предусматрива­ет механическую очистку сточных вод в септике, двухступенчатую биологи­ческую очистку в биореакторе с пластмассовыми дисками (разного диаметра, большой удельной поверхностью), покрытыми биологической пленкой. Вмес­то пластмассовых дисков биореактор можно загружать также полипропилено­выми насадками. При необходимости технологической схемой предусматри­вают блок химической очистки.

В Украине, России, странах дальнего зарубежья в последние десятилетия для очистки сточных вод малых населенных пунктов широко применяют кана­лизационные станции заводского изготовления. Они предусматривают ступе­нчатую очистку закрепленным биоцензом в сочетании с зависшими культура­ми активного ила. Технологии дают возможность очистить сточную воду не только от органических веществ, но и биогенных элементов, в частности азота, засчет процессов нитрификации-денитрификации, которые происходят в био­пленке, фосфора — за счет увеличения биомассы, корректирования доз актив­ного ила и т. д.

Одним из показателей степени освобождения сточных вод от органичес­ких веществ — является их стабильность, или относительная стойкость. Это выраженное в процентах количество кислорода, находящегося в сточной воде в растворенном и связанном состояниях, к количеству кислорода, необходимого для окисления органических веществ сточных вод. Относительная стойкость неочищенных сточных вод составляет лишь 11%, и такую сточную воду сбрасы-

вать в водоемы недопустимо. Лишь при относительной стойкости не менее 99% (иногда 80%) сточные воды можно сбрасывать в водоемы. Каждый раз рас­считывают условия выпуска и величины ПДС загрязняющих веществ сточных вод в конкретный водоем в соответствии с требованиями Правил. Относительная стойкость сточных вод связана со вре­менем их загнивания (табл. 22). Так, при относительной стойкости 50% сточная вода загнивает уже на 3-й сутки.

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

Эффективность процессов биологической очистки сточных вод в традици­онных сооружениях зависит от многих факторов:

1 ) от нагрузки по органическому веществу на микроорганизмы и объем соо­ружения. Установлено, что микробная клетка приспособилась к активной жиз­недеятельности в условиях, когда количество органических веществ в сточных водах находится в пределах 350—500 мг 0₂/л по БПК₅. При большем количес­тве органических веществ микробная клетка гибнет и процесс биохимической очистки тормозится. Минимальное количество органических веществ в сточ­ных водах должно составлять не менее 90—100 мг 0₂/л по БПК₅;

2)от соотношения ХПК к БПК₂о сточной воды. Величина ХПК не должна превышать БПК₂₀ более чем в 1,5 раза;

3) наличия биогенных элементов в сточной воде. Их оптимальное соотно­шение (БПК₂₀ : аммонийный азот : фосфаты) должно составлять соответственно 100 : 5 : 1. Минимальное количество азота аммонийного — в пределах 15 мг/л, фосфатов — 3 мг/л;

4)количества минеральных солей в сточной воде. Минерализация сточных вод не должна превышать 10 г/л;

5) температуры водной среды, которая должна быть не ниже 7 °С и не вы­ше 30 °С. Вне указанного интервала температур биохимические процессы пре­кращаются;

6)водородного показателя среды. pH сточных вод для эффективного тече­ния биохимических процессов должна составлять 6,5—8,5;

7) наличия кислорода. На 1 м³ сточных вод необходимо подавать 25 м³ воз­духа с содержанием кислорода не менее 2%. При коэффициенте использова­ния кислорода, равном 0,5—1%, в иловой смеси зоны аэрации очистного соо­ружения (аэротенка) будет создана надлежащая концентрация растворенного в воде кислорода — на уровне 2—4 мг 0₂/л;

8) освещения. Процесс фотосинтеза сине-зеленых и других водорослей, входящих в состав активного ила, происходит тем лучше, чем ближе освеще­ние к природному спектру;

9) содержания в сточных водах вредных химических веществ. Их содер­жание не должно превышать ПДК, особенно тех, ПДК которых установлена по общесанитарному или санитарно-токсикологическому лимитирующему приз­наку вредности. При одновременном присутствии в сточных водах химичес­ких веществ, обладающих эффектом суммации, сумма соотношений фактиче­ских концентраций веществ к их ПДК не должна превышать 1 ;

10) количественного и качественного состава активного ила. Минималь­
ная концентрация активного ила в зоне аэрации сооружений биологической
очистки (например, аэротенков) должна быть не менее 2 г/л.

Специальными исследованиями установлено, что в 1 м³ иловой смеси аэ­ротенков содержится биоценоз микроорганизмов, общая поверхность которо­го равна 1800—2400 м², в таком же объеме воды из биологических прудов — 20 м², в 1 м³ речной воды летом — лишь 5 м².

Для сравнения рассчитаем суммарную поверхность бактериальных клеток в сточных водах. Человек в течение суток выделяет 4,48 • 10¹² микробных тел.

РАЗДЕЛ П. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

Масса одной бактериальной клетки составляет приблизительно 0,5 • 10"¹² г. Поэтому от человека за сутки в сточные воды попадает около 2,24 г бактерий. В 1 г бактерий содержится 2 • 10¹² микробных тел. При норме водопотребле-ния 200 л и попадании в этот объем воды 4,48 • 10¹² микробных тел, 1 л сточной воды будет содержать 2,24 • 10^ю бактериальных клеток, а 1 м³ — 2,24 х 10¹³ бак­терий. При диаметре бактериальной клетки, равном 2 мкм (2 • 10~³ мм), площади поверхности одной бактериальной клетки (S = 47ГГ²), равной 1,2 • 10~⁵ мм², сум­марная поверхность бактериальных тел, содержащихся в 1 м³ сточной жидкос­ти, составит 2,24 • 10¹³ х 1,2 • \0⁵ = 2,7 х 10⁸ мм² = 270 м².

Теоретические основы биологической очистки сточных вод.Главная цель биологической (или биохимической) очистки сточных вод состоит в ос­вобождении их от органических веществ за счет аэробного окисления сапро­фитными водными или почвенными микроорганизмами. Микроорганизмы не имеют специальных органов пищеварения, поэтому все питательные вещества проникают в клетку путем осмотического всасывания через мельчайшие поры клеточной оболочки. Для этого в процессе эволюции у микроорганизмов вы­работалась способность выделять в питательную среду гидролитические экзо-ферменты, которые готовят сложные органические вещества к усвоению их микробной клеткой. В этом процессе принимают участие экзо- и эндофермен-ты. Первые действуют вне клетки и принимают участие в подготовке пита­тельных веществ к их поступлению в клетку и дальнейшему усвоению. Эндо-ферменты действуют внутри клетки и обеспечивают процессы ассимиляции и диссимиляции.

Ферменты по характеру действия подразделяются на: 1) протеазы, кото­рые расщепляют белковую молекулу. Они выделяются многими гнилостными бактериями; 2) эстеразы (липазы), которые расщепляют жиры. Присутствуют у многих плесневых грибов и бактерий; 3) карбогидразы, которые расщепляют крахмал, полисахариды, молочный сахар. Выделяются молочнокислыми бак­териями, кишечной палочкой и т. д.

Процесс удаления органических веществ из сточных вод сверхсложный. При этом осуществляется одновременно минерализация органических веществ сточных вод и синтез нового органического вещества клеток микроорганизмов. Схематически его можно представить так.

Органические вещества животного и растительного происхождения попа­дают в сточную воду в виде углеводов, жиров и белков, а также продуктов их обмена. Углеводы (полисахариды) в аэробных условиях под действием экзо-ферментов типа карбогидраз расщепляются до моносахаридов (глюкозы, ма­льтозы и т. п.), углерода диоксида (С0₂) и воды (Н₂0). При этом образуется энергия:

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

го дыхания микробной клетки окисляется ("сжигается"). Например, эндоген­ное окисление глюкозы происходит по уравнению:

С₆Н₁₂0₆ + 60₂ -» 6С0₂ + 6Н₂0 + 688,5 кал.

Окисление в аэробных условиях органических веществ, содержащих угле­род, называется декарбонизацией сточной воды.

В анаэробных условиях биохимический процесс распада органических ве­ществ более сложный. Общей цепочкой биохимических процессов аэробного и анаэробного распада органических веществ, содержащих углерод, являет­ся образование жирных кислот. В дальнейшем они распадаются до водорода, углекислоты, метана и других газов:

Дыхание анаэробов происходит без участия кислорода. Они получают не­обходимую энергию за счет химических превращений органических веществ в более простые соединения. При этом выделяется значительно меньше энер­гии, чем при кислородном дыхании. Примером анаэробного дыхания может служить процесс брожения глюкозы:

Биохимические анаэробные процессы используют в практике обезврежи­вания осадка сточных вод в метантенках и отстойниках со сбраживанием осад­ка (например, в септиках).

Жиры слишком медленно и мало поддаются биохимическим процессам распада. На очистных сооружениях канализации в аэробных условиях этот процесс протекает по схеме:

В анаэробных условиях жиры распадаются приблизительно по той же схе­ме, что и углеводы.