П.З.11 Установки биологической очистки сточных вод. Биофильтры.

Цель: изучить основы биологической очистки сточных вод

Ход работы:

1. Ознакомиться с теоретическим материалом.

2. Описать и зарисовать оборудование.

Теоретическая часть:

Процесс биологической очистки основан на способности микроорганизмов использовать растворенные органические вещества сточных вод для питания в процессе жизнедеятельности. Часть органических веществ превращается в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы, часть идет на образование биомассы.

Сооружения биологической очистки можно условно разделить на два вида: с очисткой в условиях, близких к естественным; с очисткой в искусственно созданных условиях.

К первому виду относятся:

а) поля фильтрации и поля орошения (земельные участки, в которых очистка происходит за счет фильтрации через слой грунта);

б) био­логические пруды (неглубокие водоемы, в которых происходит очистка, основан­ная на самоочищении водоемов).

Второй вид составляют такие сооружения, как:

а) биофильтры (резервуары с фильтрующим материалом, поверхность которого покрыта биологической пленкой = колония микроорганизмов, способных сорбировать и окислять органические вещества из сточных вод).

Б) аэротенки (резервуары, в кото­рых очищаемые стоки смешиваются с активным илом = биоценоз микроорганиз­мов, способных поглощать органику из стоков).

Существуют аэробные и анаэробные методы биологической очистки сточных вод.

Практическая часть:

1. Состав активного ила и биопленки

а) Активный ил является амфотерной коллоидной системой. Сухое вещество активного ила содержит 70-90 % органических и 10-30% неорганических веществ. Кроме живых орга­низмов, в иле содержится субстрат - различные твердые остатки, к которым крепятся микроорганизмы. По внешнему виду активный ил представляет собой комочки и хлопья размером 3-150 мкм и высокой удельной поверхностью - около 1200 м² на 1 м³ ила.

Сообщество живых организмов, населяющих активный ил или биопленку, на­зывают биоценозом. Биоценоз активного ила представлен в основном 12 видами микроорганизмов и простейших. Он состоит из бактерий, простейших, плесневых грибов, дрожжей, актиномицет, личинок насекомых, рачков, водорослей и др. Основное разрушение органических загрязнений в стоках осуществляется бактериями (2•10¹⁴ бактерий на 1 м³ ила). В активном иле они находятся в виде скоп­лений, окруженных слизистым слоем (зооглеи).

Бактерии представлены такими типами, как псевдомонас, бациллус, нитробактер, нитросомонас и др. Простейшие представлены четырьмя видами: саркодовые, жгути­ковые, реснитчатые и сосущие инфузории, которые поглощают большое количе­ство бактерий, поддерживая их оптимальное количество. Они способствуют осаждению ила и осветлению сточных вод во вторичных отстойниках. Находящиеся на следующем трофическом уровне коловратки питаются бактериями и простейшими.

Состав биоценоза ила зависит от наличия и концентрации в сточной воде раз­нообразных органических веществ. Только основная группа бактерий (80-90%) участвует в процессе очистки сточных вод, остальное содержание ила составляют сопутствующие группы микробов. При высоком содержании органики в сточной воде преобладают гетеротрофные бактерии, при снижении питательных веществ увеличивается количество хищных простейших.

б) Биопленка растет на наполнителе биофильтра и имеет вид слизистых образо­ваний толщиной 1-2 мм. Видовой состав биопленки более разнообразен, чем ак­тивного ила. Биопленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей, личинок насеко­мых, червей, клещей и других организмов. В 1 м³ биопленки содержится 1 • 10¹² бактерий.

2. Биологические фильтры

Биофильтр - это сооружение, в котором сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой (биопленкой), образованной колониями микроорганизмов. Биофильтр состоит из следующих частей (см. рис.1):

- фильтрующей загрузки, помещенной в резервуар круглой или прямоугольной формы в плане (тело биофильтра);

- водораспределительного устройства для равномерного орошения сточной водой поверхности загрузки;

- дренажного устройства для удаления профильтрованной жидкости;

- воздухораспределительного устройства для поступления воздуха внутрь биофильтра.

Рис. 1. Разрез биофильтра

1 - подача сточных вод; 2 - водораспреде­лительное устройство; 3 - фильтрующая загрузка; 4 - дренажное устройство; 5 - очищенная сточная вода; 6 - воздухорас­пределительное устройство

Проходя через загрузку биофильтра, загрязненная вода оставляет в ней нерастворенные примеси, не осевшие в первичных отстойниках, а также коллоидные и органические вещества, сорбируемые биопленкой. Часть органики микроорганизмы используют на увеличение своей биомассы, поэтому масса активной биопленки все время увеличивается. Отработанная и омертвевшая биопленка смывается сточной водой и выносится из тела биофильтра, после чего отделяется от очищенной воды во вторичных отстойниках. Необходимый кислород может поступать в толщу загрузки естественной и искусственной вентиляцией.

Биофильтры классифицируются по следующим признакам:

а) по степени очистки: на полную и неполную биологическую очистку;

б) по способу подачи воздуха: с искусственной аэрацией (аэрофильтры) и с ес­тественной подачей воздуха;

в) по режиму работы: с рециркуляцией сточной воды (то есть с возвратом части очищенной жидкости в биофильтр) и без нее;

г) по технологической схеме: одно- и двухступенчатые биофильтры;

д) по пропускной способности: малой пропускной способности (капельные био­фильтры) и большой (высоконагружаемые);

е) по виду и особенностям загрузочного материала:

- биофильтры с объемной загрузкой (гравий, шлак, керамзит, щебень и др.). Они бывают капельные (высота 1-2 м), высоконагружаемые (2-4 м), башенные (8-16 м).

- плоскостные (пластмассы, ткани, ас­бестоцемент, керамика, металл и др.). Они бывают

· с жесткой засыпной загрузкой (керамические, пластмассовые или металличе­ские насыпные элементы);

· с жесткой блочной загрузкой (гофрированные или плоские листы или про­странственные элементы);

· с мягкой или рулонной загрузкой, выполненной из металлических или пласт­массовых сеток, синтетических тканей, которые крепят на каркасах или укла­дывают в рулонах;

· погружные биофильтры, состоящие из пакета дисков, насажанных на гори­зонтальную ось вращения.

Биофильтры с объемной загрузкой

В капельном биофильтре сточная вода подается в виде капель или струй. Сначала она поступает в распредели­тельные устройства, из которых периодически напускается на поверхность био­фильтра. Профильтровавшаяся вода попадает в дренажную систему и далее по сплошному днищу биофильтра стекает к отводным лоткам. Затем вода поступает во вторичные отстойники, в которых выносимая пленка отделяется от очищенной воды. Ес­тественная вентиляция воздуха происходит через открытую поверхность био­фильтра и дренаж. Капельные биофильтры размещают в зданиях в виде отдельных секций, кото­рые могут быть круглыми или прямоугольными в плане. Высота загрузки био­фильтра - 1,5-2 м, материал загрузки - щебень, гравий и галька крупностью 25-40 мм. Рециркуляцию сточной воды на капельных биофильтрах применяют при значении БПК_полн сточной воды свыше 220 мг/л. Очищенная сточная вода может иметь БПК_полн до 15 мг/л.

Высоконагружаемые биофильтры (аэрофильтры) отличаются большой высотой слоя загрузки, большой крупностью ее фракций и особой конструк­ции днища и дренажа, обеспечивающей возможность искусственной продувки ма­териала загрузки воздухом. В закрытое междудонное пространство вентилятором подается воздух. На отводных трубопроводах предусматриваются гидравлические затворы глубиной 200 мм. Высоконагружаемые биофильтры размеща­ют на открытом воздухе. Загрузка имеет рабочую высоту 2-4 м, крупность мате­риала загрузки составляет от 40 до 70 мм. Допустимое значение БПК_полн сточных вод без рециркуляции составляет 300 мг/л. Гидравлическая нагрузка составляет 10-30 м³/(м²сут).

Башенные биофильтры и меют высоту 8-16 м и применяются для очистных сооружений с производи­тельностью до 50000 м³/сут при благоприятном рельефе местности и при БПК_полн очищенных сточных вод до 20-25 мг/л. Крупность зерен загрузки - 60-80 мм. Используются за рубежом, в отечественной практике распространения не получи­ли.

Биофильтры с плоскостной загрузкой компакты, имеют малую энергоемкость, надежны в экс­плуатации, не подвержены заилению. В качестве загрузки используются блочные, засып­ные и рулонные материалы из пластических масс, металла, асбестоцемента, кера­мики, стекла, дерева, тканей и др. Они имеют круглую, прямоугольную и восьмигранную форму в пла­не. Высота загрузочного слоя 3-8 м, плотность загрузки 10-250 кг/м³, гидравлическая нагрузка на 1 м³ объема био­фильтра в сутки составляет 6-18 м.

Погружные биофильтры представляют собой комбинированные сооружения для биологической очист­ки сточных вод, имеющие признаки биофильтров и аэротенков. Основные состав­ляющие части погружных биофильтров: резервуар для сточной воды; пространственная конструкция загрузки, обладающая развитой поверхностью и закрепленная на вращающемся горизонтальном валу над резервуаром; лотки для распределения и сбора воды; двигатель для вращения вала.

По виду пространственных конструкций погружные биофильтры подразделя­ются на дисковые, шнековые, трубчатые, барабанные. В технологической схеме станции очистки погружные биофильтры занимают место между сооружениями предварительной механической очистки и вторичны­ми отстойниками.

Дисковые погружные биофильтры

Состоят из дисков диаметром l-5 м, собираемых в пакеты по 30-180 штук и закрепляемых на горизонтальном валу (см. рис. 2).

А А

Рис. 2. Схема дискового погружного биофильтра

1 - подача сточных вод; 2...5 - первая, вторая, третья и четвертая ступени био­фильтра; 6 - выпуск очищенных сточных вод

Диски выполняются из металла, пластмасс, асбестоцемента, тканей; их толщина 1-10 мм. Частота вращения вала составляет 1-50 об/мин. На поверхности дисков образуется биопленка, сходная по видовому составу с биопленкой биофильтров. На погруженной в стоки части диска происходит сорбция загрязнений из жидкости, затем при повороте диска эти загрязнения окисляются на воздухе. Часть биопленки отрывается от поверхности и находится в обрабатываемой жидкости во взвешенном состоянии аналогично хлопьям активного ила. Поэтому процессы окисления осуществляются как биопленкой, так и активным илом.

Барабанные погружные биофильтры состоят из барабана, закрепленного на вращающемся горизонтальном валу и заполненного загрузочным материалом. Жесткий корпус барабана обтягивается сеткой. В качестве загрузки используют металлические, пластмассовые и асбестоцементные гофрированные, перфорированные и гладкие листы, мягкие тканевые и пленочные материалы, блочные элементы из пластмасс. Барабаны имеют длину 2-З м и диаметр 2-2,5 м, частота вращения 0,5-5 об/мин. Загрузка барабанов может состоять из листовых пластмассовых материалов, тканей или пленок. Процесс очистки сточных вод проводится аналогично процессам в дисковых погружных биофильтрах.

3. Распределение сточных вод по биофильтрам

Равномерное орошение водой поверхности биофильтра является важным условием его надежной работы. Существуют две основные группы распределительных устройств, осуществляющих орошение:

- неподвижные: дырчатые желоба, трубы и разбрызгиватели (спринклеры);

- подвижные: качающиеся желоба, движущиеся наливные колеса и вращающиеся реактивные оросители.

Наибольшее распространение в нашей стране и за рубежом получили:

а) Спринклеры - специальные насадки для разбрызгивания воды

Рис. 3 Схема спринклерной водораспределитель­ной сети

1 - дозирующий бак; 2 - магистральная труба; 3 - раз­водящие трубы; 4 - спринклеры

б) Реактивные вращающиеся оросители – это двух, четырех или шести дырчатые трубы, консольно закрепленные на общем стояке, в который подается вода из распределительной камеры.

Рис. 4 Реактивный вращающийся ороситель

Вывод: