Сооружения биологической очистки в искусственно созданных условиях

Сточная вода распределяется по поверхности биофильтров дырчатыми желобами, спринклерными разбрызгивателями, реактивными или катучими оросителями и другими способами. Количество секций или биофильтров принимается не менее двух. При расчете распределительной и отводящей сети биофильтров учитывают максимальный расход сточной жидкости. В конструкции сооружений предусматривают устройства для опорожнения и промывки биофильтров.

Капельный биофильтр состоит из водонепроницаемого днища, дренажа, боковых стенок, фильтрующего материала и распределительных устройств. В плане биофильтры могут иметь форму круга, прямоугольника, квадрата или восьмиугольника. Орошают поверхность биофильтра равномерно через небольшие промежутки. При этом вода подается в виде капель или струй (капельные или оросительные биофильтры), или тонким слоем (перколяторные биофильтры).

В капельные биофильтры воздух поступает естественным путем - сверху через открытую поверхность биофильтра и снизу через дренаж. Их недостатком является низкая производительность. Процессы окисления в капельном биофильтре аналогичны процессам окисления в сооружениях естественной биологической очистки. Однако интенсивность протекания процессов в биофильтре значительно выше.

Проходя через фильтрующую загрузку биофильтра, загрязненная вода оставляет в ней вследствие адсорбции взвешенные и коллоидные органические вещества, не осевшие в первичных отстойниках. В порах фильтра вследствие задержания этих веществ образуется пленка, густо заселенная микроорганизмами. Питаясь растворенными органическими веществами, микроорганизмы окисляют их и отсюда черпают необходимую для своей жизнедеятельности энергию. Другую часть растворенных органических веществ микроорганизмы используют как пластический материал для увеличения своей массы. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества, а в теле биофильтра увеличивается масса активной биологической пленки. Сточная вода смывает отработанную и омертвевшую пленку и выносит ее из тела биофильтра.

Схема работы капельного биофильтра заключается в следующем. Осветленная в первичных отстойниках сточная вода самотеком (или под напором) поступает в распределительные устройства, которые периодически напускают воду на поверхность биофильтра. Вода, фильтрующаяся через толщу биофильтра, проходит через отверстия в дырчатом дне (дренаже) и поступает на сплошное водонепроницаемое днище, с которого стекает по отводным лоткам. Далее вода поступает во вторичные отстойники, которые задерживают пленку и отделяют ее от очищенной сточной воды.

Эффективность очистки сточных вод нормально работающими биофильтрами может достичь по БПКв 90% и более. При расчете биофильтра определяют необходимый объем загрузочного материала для очистки поступающей сточной жидкости, а также рассчитывают распределительные устройства для ее орошения, дренаж и лотки для пропуска и сбора осветленных вод.

Объем фильтрующей загрузки определяют по окислительной мощности биофильтра в г кислорода на 1 м3 материала загрузки. Окислительная мощность биофильтра колеблется в широких пределах, так как ее величина зависит от температуры сточной воды и наружного воздуха, свойств поступающей жидкости, материала загрузки, способа подачи воздуха и др. При расчетах биофильтров окислительную мощность определяют в зависимости от среднегодовой температуры воздуха (СНиП).

Высоту капельного фильтра принимают в пределах 1,5-2 л. В настоящее время разработаны типовые проекты биологических фильтров различных размеров и на различную окислительную мощность. Для подбора типового проекта биофильтра необходимо знать требуемую окислительную мощность. Определив требуемую мощность и зная суточный приток сточных вод, можно подобрать соответствующий тип биологического фильтра по типовым проектам. При этом в зависимости от притока сточных вод к очистной станции возможно принимать типовую компоновку канализационной станции биологической очистки в искусственно созданных условиях.

Для станции биологической очистки производительностью 12 и 25 м3 в сутки рекомендуются следующие сооружения: распределительный колодец, септик обычный, блок биофильтра с вторичным отстойником, хлораторной и котельной, склад угля (вместо обычного септика можно применить септик двухъярусный Гипрограда или ЦНИИЭПа). Для станций производительностью 12 м3 в сутки применяются сооружения по типовому проекту ? 4-18-810, для станций производительностью 25 м3 в сутки - по типовому проекту ? 4-18-811.

Для очистки сточных вод 200, 400 и 700 м3 в сутки рекомендуется типовая компоновка канализационной станции биологической очистки в искусственно созданных условиях. В состав станций входят следующие сооружения: здание решеток, горизонтальная песколовка, двухъярусные отстойники, блок биофильтра с хлораторной и котельной, вторичные отстойники, иловые и песковые площадки, склад угля, склад отбросов, коммуникации.

Биофильтры для очистки стоков производительностью до 1000 м3 в сутки можно принимать по типовым проектам. При искусственной биологической очистке сточных вод от отдельно стоящих зданий или небольших групп их применяют подземные капельные биофильтры.

Подземный капельный биофильтр представляет собой прямоугольный, резервуар из двух секций с водонепроницаемыми стенами и днищем. Посредине дна каждой секции биофильтра устраивается лоток для отвода очищенных сточных вод. По всей поверхности днища укладывается решетка из железобетонных плит, которая опирается на железобетонные подставки высотой до 0,35 м. На эту решетку насыпается поддерживающий слой загрузочного материала из крупных фракций засыпки, поверх которого фильтр заполняют гравием или щебнем фракции 30-50 мм. Высоту фильтрующего материала принимают обычно до 1,5 м. Весь фильтр перекрывают стандартными железобетонными плитами. Для притока воздуха в толщу загрузочного материала устраиваются вентиляционные стояки. Сточную жидкость к биофильтру подают по трубам (диаметр не менее 100 мм) в распределительные дырчатые желоба с насадками Вентури. Расчет подземного капельного биофильтра производится по БПК поступающих на биофильтр сточных вод и по окислительной мощности загрузочного материала. При соответствующем режиме притока воздуха в зимнее время (температура в загрузке фильтра должна быть не ниже 8-6°С) окислительная мощность загрузки подземных капельных фильтров близка к окислительной мощности обычных фильтров.

Постель биологического фильтра орошают дырчатыми желобами. В дыры днищ желобов вставляют насадки Вентури или насадки с коническим разбрызгивателем. В лабораторных условиях испытывались два оросителя дырчатых желобов: с коническим разбрызгивателем и с насадком Вентури на булыжник. Испытания показали, что желоб должен располагаться над постелью фильтра на уровне 0,5-0,6 м. При этом радиус действия насадка Вентури находится в пределах 0,4-0,5 м.

Подземные песчано-гравийные фильтры представляют собой котлован с отлогими стенками, равными углу естественного откоса грунта, в который укладывается фильтрующая загрузка или резервуар с водонепроницаемыми стенами и днищем. Если уровень грунтовых вод от низа лотка дренажной сети фильтра не менее 1 м и грунт нетрещиноватый, подземный песчано-гравийный фильтр устраивают в виде котлована. При высоком стоянии грунтовых вод в трещиноватых грунтах фильтр устраивают в виде водонепроницаемого резервуара.

Фильтр загружается слоем крупнозернистого песка толщиной 1,5-2 м. Оросительные трубы и отводящие дрены фильтра следует предусматривать в гравийной обсыпке слоем толщиной 15-20 см. Оросительные трубы укладываются в верхней зоне фильтрующего материала на глубину от поверхности земли не менее 0,5 м. Оросительными и отводящими дренами служат перфорированные асбестоцементные трубы. Оросительные дрены следует укладывать на опоры из стояков таких же труб или кирпичных столбиков. Фильтры можно проектировать в одну или две ступени. Песчано-гравийные фильтры устраиваются в водонепроницаемых и слабофильтрующихся грунтах, где применение подземной фильтрации невозможно, а капельные биологические фильтры из-за отсутствия гравия или щебня неэкономичны. Применение подземных песчано-гравийных или капельных подземных фильтров в каждом отдельном случае должно обосновываться технико-экономическими расчетами.

Песчано-гравийные фильтры рассчитываются по нагрузке сточных вод в сутки на 1 м3 общего объема фильтра (СНиП). Эта нагрузка равна 1 м3 сточной жидкости в сутки на 6 м3 общего объема фильтра (или на 1 м3 общего объема фильтра 0,17 м3 сточных вод в сутки).

Подземные песчано-гравийные фильтры рекомендуется применять при расходе сточных вод 15-20 м3 в сутки. Сточную жидкость, прошедшую песчано-гравийные фильтры, можно вторично не отстаивать, но обязательно обеззараживать. Если по условиям рельефа местности или по каким-либо причинам применить подземные фильтры невозможно, то прибегают к фильтрующим траншеям. Фильтрующие траншеи представляют собой удлиненные подземные фильтры и применяются в нефильтрующих и нетрещиноватых грунтах. При низком горизонте грунтовых вод (ниже 1 м от дна дренажного лотка траншеи) и отсутствии трещиноватости дно и стенки траншеи могут быть водопроницаемы. В трещиноватых грунтах с высоким горизонтом грунтовых вод фильтрующие траншеи устраиваются с водонепроницаемым дном и стенами из бетона или местного влагостойкого материала.

Траншеи засыпают фильтрующим материалом (крупнозернистый песок, гравий и щебень) слоем толщиной от 0,6 до 1,0 м. Оросительные дрены фильтрующих траншей укладываются из асбестоцементных труб диаметром 100 мм в засыпке. Отводят фильтрат сточной жидкости по дну траншеи дренажной асбестоцементной трубой с уклоном 0,002-0,0025 в сторону выпуска очищенных стоков. Гидравлический расчет таких труб тот же, что в высоко-нагружаемых полях подземной фильтрации.

В конце оросительных и дренажных труб устанавливаются вентиляционные стояки. Расчет фильтрующих траншей можно производить по окислительной мощности фильтрующего материала, принимаемого в зависимости от климатических условий и средней зимней температуры сточной жидкости.

Фильтрующие колодцы применяют для очистки хозяйственно-фекальных сточных вод, поступающих от отдельно стоящих зданий. В фильтрующие колодцы в песчаных грунтах, рекомендуется сбрасывать сточные воды до 3 м3 в сутки, в суглинистых грунтах - до 1 м3 в сутки. В глинистых и просадочных грунтах, а также трещиноватых породах фильтрующие колодцы устраивать не допускается. Сточные воды в фильтрующий колодец подают после септика.

Фильтрующие колодцы изготовляют круглыми из бетонных колец, влагостойкого кирпича или бута. Днище и стенки колодца выполняются водопроницаемыми и засыпаются фильтрующим материалом. Уровень засыпки принимается ниже подводящей трубы на 0,25 м. Днище колодца выстилается посгелистым бутом без раствора на высоту 0,2 м (пустошовка). По периметру наружных стен колодца устраивают обсыпку толщиной не менее 0,3 м из фильтрующего материала. В нижнюю часть фильтрующего колодца подводится воздушный стояк из трубы диаметром 100 мм для интенсификации процессов окисления. Загрузочным материалом служит гравий или щебень фракции крупностью 20-50 мм.

На поверхность загрузочного материала фильтрующего колодца укладывают крестообразный железобетонный дырчатый лоток для равномерного распределения стоков. Фильтрующие колодцы рассчитывают по нагрузке сточных вод, л в сутки, на 1 м2 фильтрующей поверхности. Расчетную фильтрующую поверхность колодца принимают по внешней поверхности контура фильтрующей обсыпки, считая от верха внутренней засыпки до дна колодца, с учетом площади дна.

Суточная нагрузка на 1 м2 расчетной фильтрующей поверхности для песчаных грунтов составляет в л 160-200, супесчаных - 80-150, легких суглинков -40-100. Меньший предел нагрузки следует принимать при уровне грунтовых вод на расстоянии 1,0-1,5 м от дна колодца, больший предел - при уровне грунтовых вод от дна фильтрующего колодца ниже 1,0-1,5 м.

Конструкция и количество фильтрующих колодцев при толщине стен кирпичных 25 см, бутовых -50, бетонных- 10 см зависят от суточного расхода стоков.

Высоконагружаемые биологические фильтры (аэрофильтры) отличаются от обычных капельных рабочей высотой загрузки фильтрующего материала (от 2 до 4 м) необходимостью применения искусственной вентиляции при их высоте более 2,5 м (СНиП), увеличенной крупностью зерен загрузочного материала, способом разбрызгивания сточных вод по постели - непрерывно спринклерами или реактивным оросителем, повышенной гидравлической нагрузкой на 1 м2 поверхности биофильтра. Так, высоконагружаемый биофильтр из сборного железобетона с реактивным оросителем представляет собой цилиндрический наземный резервуар, состоящий из железобетонных стен, дренажного перекрытия и водонепроницаемого днища. Стены выложены из сборных железобетонных элементов, днище - из монолитного бетона, дренажное перекрытие - из сборных железобетонных колосниковых решеток.

На отводных лотках, где вода выходит из-под фильтра, устраивают водяной затвор высотой 0,20-0,25 м, а междудонное пространство со всех сторон должно быть закрыто. Воздух в междудонное пространство подают вентиляторами. Аэрофильтры применяют для полной и частичной биологической очистки малых количеств сточных вод. Степень очистки на аэрофильтрах зависит от рабочей высоты и находится в такой зависимости: при БПК20 очищенной жидкости 25-30 мг/л - 2м; при 20 мг/л - не менее 3 м; при 15 мг/л - 4м. Предельной БПК20 для сточных вод, подаваемых на аэрофильтры, считается 150-220 мг/л. Если сточные воды поступают с большей концентрацией по БПК, их разбавляют очищенными сточными водами (рециркуляция).

В аэрофильтрах органические загрязнения окисляются так же, как в капельных, но с большей интенсивностью. Окислительная мощность аэрофильтров характеризуется способностью окислить то или иное количество загрязнения, т. е. дать определенное количество кислорода на окисление органических веществ. Окислительная мощность аэрофильтров зависит от степени предварительной очистки сточных вод и от температуры поступающей на фильтр воды.

Если первичные отстойники работают плохо, фильтры получают дополнительную нагрузку в виде взвешенных веществ, которые практически идут на прирост биологической пленки. Высоконагружаемые биофильтры загружают гравием щебнем фракции крупностью 40-100 мм. Расчет высоконагружаемых биологических фильтров производится в соответствии с требованиями СНиП.

Высоконагружаемые биофильтры могут иметь различную производительность и степень очистки в зависимости от их конструктивных особенностей и режима эксплуатации. БПК очищенной воды после высоконагружаемых фильтров составляет 10-12 мг/л, в стоке содержится большое количество нитратов и нитритов; следовательно, в высоконагружаемом фильтре могут происходить процессы не только адсорбции, но и минерализации и окисления задержанных органических веществ.

При очистке можно использовать также двухступенчатые высоконагружаемые биологические фильтры. При этом, если стоки с первой ступени на вторую поступают самотеком, промежуточные отстойники не устраивают. При подаче стоков насосами устанавливают промежуточные отстойники с продолжительностью отстаивания 1 ч. Применение двухступенчатых высоконагружаемых фильтров необходимо обосновывать технико-экономическими расчетами. Биофильтры высокой нагрузки выполняются из бута или сборного железобетона.

Башенные биофильтры (биофильтры большой высоты) строятся в виде колонны из кирпича, железобетона или других материалов круглой или многогранной формы в плане, применяются для очистки хозяйственно-фекальных и промышленных сточных вод. Малая площадь поперечного сечения колонны (башни), относительно большая высота ее, развитая поверхность насадочного материала, хорошая тяга воздуха, большие нагрузки и скорости, создающие турбулентность потока, способствуют наиболее полному контакту жидкости с газом и обеспечивают полное и равномерное использование всего объема сооружения. В башенном биофильтре создаются хорошие условия для разграничения микроорганизмов в слоях биофильтра по его высоте, происходит резкое разделение на "грязную" зону (верхние слои) и "чистую" (нижние слои).

Особенностью башенных фильтров является определенное соотношение диаметра и высоты - от 1 : 6 до 1 : 8. Загружают башенные фильтры керамзитом, шлаковой пемзой, гравием или коксом кусками размером 40- 100 мм (СНиП). Чтобы верхние слои фильтрующего материала не раздавили нижние, устанавливаются промежуточные колосниковые решетки с высотой загрузки над ними не более 2 м.

Вентиляция биофильтра может быть как естественной, так и искусственной. Опыты показали, что с естественной вентиляцией биофильтр работал значительно успешнее, чем с искусственной, БПК в сутки понижалась до 20-25 мг/л, т. е. происходила полная биологическая очистка сточной жидкости и протекал процесс нитрификации. Следовательно, башенные фильтры вполне эффективны для очистки малых количеств сточных вод и рекомендуются для применения в местности при среднегодовой температуре воздуха не менее 4°С (СНиП).

Биофильтры большой высоты проектируются для полной и частичной очистки сточной воды. Рабочая высота биофильтров назначается в пределах 8-16 м и более в зависимости от БПК20 поступающей на биофильтр сточной воды (СНиП).

Испытанные аэротенки с низконапорной аэрацией на очистке малых количеств сточных вод молочных заводов также показали хорошие результаты. Окислительная мощность аэротенков составляет 1200 г кислорода на 1 м3 в сутки, интенсивность аэрации при заглублении дырчатых труб на 0,45 м от поверхности воды - 0,65 м3/м2.

Контактный биологический окислитель автоматического действия применяется для биологической очистки сточных вод в искусственно созданных условиях в количестве до 25 м3 в сутки и представляет собой сооружение, в котором активный ил (бактерии) прикреплены в виде биопленки к неподвижному материалу. В качестве неподвижного материала для биоокислителей применяется гравий, керамзит, кокс, шлаковая пемза, отходы фарфоровой промышленности (капсельный бой), пеностекло и др.

Применяя те или иные материалы в качестве заполнителя биоокислителей, особое внимание следует уделять механической прочности и сопротивляемости их разрушению при температурных и химических изменениях. Исследования показали, что наиболее активный слой биоокислителя не превышает 1,0 м (0,6-1,0 м), поэтому в контактных биоокислителях неподвижный материал загружается слоем до 1 м в водонепроницаемый резервуар прямоугольной или круглой формы, снабженный приспособлениями для периодического орошения-наполнения и автоматического опорожнения.

Сточная жидкость в рассматриваемый контактный биоокислитель поступает через распределительные желоба на поверхность окислителя, а потом в нижнюю часть его и постепенно заполняет пустоты всей толщи неподвижного материала, контактируясь с пленкой активного ила, обволакивающей все куски неподвижного материала (время контакта). Время этого контакта зависит от дозирующего устройства, притока и длится не менее 3-5 мин. В отдельных случаях, как показали наблюдения, это время может быть равным нескольким часам при отсутствии дозировки (малые объекты). Анаэробный процесс в это время отсутствует. В момент полного заполнения стоков (окончание периода контакта) заряжается сифон-автомат и начинается опорожнение биоокислигеля. В это же время промежутки между кусками неподвижного материала заполняются воздухом, в результате чего происходит регенерация активного ила (биопленки), прикрепленного к кускам неподвижного материала, окисление поглощенных загрязнений растворяющимся кислородом и начинается процесс нитрификации.

Опорожненный контактный биоокислитель остается некоторое время незаполненным, так как приток сточных вод в дозирующую камеру всегда меньший, чем скорость опорожнения ее и биоокислителя. За время контакта происходит абсорбция активным илом загрязнений из сточной жидкости, поглощение кислорода из оставшихся в толще неподвижного материала пузырьков воздуха, окисление некоторой части загрязнений за счет нитратов.

Неравномерность и незначительная величина притока сточных вод к окислителю на малых очистных канализационных сооружениях дает возможность увеличить период между напуском и выпуском жидкости и этим лучше регенировать активный ил, прикрепленный к кускам неподвижного материала биоокислителя. Время напуска и выпуска жидкости не играет роли в процессе очистки и должно быть возможно короче, чтобы удлинить период регенерации. С этой целью перед контактным окислителем и в самом окислителе устанавливаются сифоны-автоматы. Орошение постели контактного оросителя осуществляется на булыжник с помощью насадков Вентури, вмонтированных в дырчатых желобах. Окислительная мощность такого биоокислителя может быть большей, чем окислителя непрерывного действия, за счет увеличения периода регенерации (отдыха).

Эффективность работы контактного биоокислителя также во многом зависит от качества предварительного осветления сточной воды. Поэтому сточную воду, подаваемую на контактные биоокислители, необходимо предварительно отстаивать в двухъярусных септиках.

Крупность загружаемого в контактные автоматического действия биоокислители неподвижного материала принимается равной 60-100 мм. Как показал опыт, водоемкость незагрязненного материала, состоящего из равных кусков, независимо от размера и геометрического очертания их близка 40%.

Контактные биоокислители автоматического действия следует устраивать подземными одно- или двухступенчатыми. Сточную воду после биоокислителей следует направлять на вторичные отстойники и подвергать хлорированию. Вторичные отстойники применяются для задержания активного ила из сточной воды, прошедшей биологические фильтры или аэротенки. При очистке малых количеств сточных вод в основном применяются вертикальные отстойники и реже-горизонтальные.

Вертикальный вторичный отстойник представляет собой цилиндрический резервуар с коническим днищем. Сточная вода подается в центральную трубу отстойника, по которой попадает в низ цилиндрической части, где, встретив по пути отражательный щиток, начинает двигаться снизу вверх со скоростью не более 0,5- 0,7 мм/сек. В верхней части отстойника по периметру устроены желоба, куда поступает отстоянная сточная вода, а затем отводится за пределы отстойника.

Время отстаивания -- 0,75-1,5 ч, в зависимости от того, откуда сточные воды поступают (с биофильтров или аэротенков) и с какой степенью очистки (СНиП).

Активный ил, осаждающийся во вторичном отстойнике, подается в двухъярусные отстойники или сразу на иловые площадки. Количество биопленки с влажностью 96%, которая оседает во вторичных отстойниках из сточной воды, поступающей после биофильтров, принимается в среднем 0,2 л в сутки на одного человека. Активный ил из вторичного отстойника удаляется по иловой трубе под гидростатическим давлением не менее 1,5 м. Расчет вторичного отстойника ведут по такому же принципу, как и первичного, но с соответствующим временем отстаивания и скоростью движения сточных вод согласно СНиП.

После определения расхода, требуемых диаметра, емкости и других геометрических размеров отстойника подбирают соответствующий типовой отстойник. При очистке малых количеств сточных вод вторичные отстойники часто используются и как контактные резервуары. В этом случае раствор хлорной извести вводят в ершовый смеситель, устраиваемый в лотке перед центральной трубой вторичного отстойника.

Применяемые методы и сооружения биологической очистки сточных вод в искусственно созданных условиях могут обеспечить снижение БПК в очищенной сточной воде не ниже 15 мг/л. С целью охраны водоемов от загрязнений в современных условиях возникает необходимость в максимальной степени очистки, т. е. БПК очищенной сточ ной воды практически должна быть доведена до нуля (2-5 мг/л). В этих случаях в качестве сооружений доочистки сточных вод возможно применение биологических прудов или скорых песчаных фильтров.

Новости светотехники