Полная информация о биофильтрах для сточных вод. Установка биофильтров и биореактора для очистки сточных вод Очистка сточных вод в биофильтрах

Биологический фильтр -- сооружение, в котором сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой, образованной колониями микроорганизмов. Биофильтр состоит из следующих основных частей:

а)фильтрующей загрузки (тело фильтра) из шлака, гравия, керамзита, щебня, пластмасс, асбестоцемента, помещенной обычно в резервуаре с водопроницаемыми или водонепроницаемыми стенками;

б)водораспределительного устройства, обеспечивающего равномерное с небольшими интервалами орошение сточной водой поверхности загрузки биофильтра;

в) дренажного устройства для удаления отфильтровавшейся воды;

г)воздухораспределительного устройства, с помощью которого поступает необходимый для окислительного процесса воздух.

Процессы окисления, происходящие в биофильтре, аналогичны процессам, происходящим в других сооружениях биологической очистки, и в первую очередь на полях орошения и полях фильтрации. Однако в биофильтре эти процессы протекают значительно интенсивнее.

Проходя через загрузку биофильтра, загрязненная вода оставляет в ней не растворенные примеси, не осевшие в первичных отстойниках, а также коллоидные и растворенные органические вещества, абсорбируемые биологической пленкой. Густо заселяющие биопленку микроорганизмы окисляют органические вещества и отсюда черпают энергию, необходимую для своей жизнедеятельности. Часть органических веществ микроорганизмы используют как пластический материал для увеличения своей массы. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества и в то же время увеличивается масса активной биологической пленки в теле биофильтра. Отработанная и омертвевшая пленка смывается протекающей сточной водой и выносится из тела биофильтра. Необходимый для биохимического процесса кислород воздуха поступает в толщу загрузки путем естественной и искусственной вентиляции фильтра.

Классификация биофильтров

Биофильтры классифицируются по различным признакам.

1. По степени очистки --на биофильтры, работающие на полную и неполную биологическую очистку. Высокопроизводительные биофильтры могут работать на полную или неполную очистку в зависимости от необходимой степени очистки. Малопроизводительные биофильтры работают только на полную очистку.

2. По способу подачи воздуха -- на биофильтры с естественной и искусственной подачей воздуха. Во втором случае они часто носят название аэрофильтров. Наибольшее применение в настоящее время имеют биофильтры с искусственной подачей воздуха.

3. По режиму работы -- на биофильтры, работающие с рециркуляцией и без нее. Если концентрация загрязнений в поступающих на биофильтр сточных водах невысока и они могут быть поданы на биофильтр в таком объеме, который достаточен для самопроизвольной его промывки, то рециркуляция стока не обязательна. При очистке концентрированных сточных вод рециркуляция желательна, а в некоторых случаях обязательна. Рециркуляция позволяет понизить концентрацию сточных вод до необходимой величины, так же как и предварительная их обработка в аэротенках -- на неполную очистку.

4. По технологической схеме -- на биофильтры одноступенчатые и двухступенчатые. Двухступенчатые биофильтры применяются при неблагоприятных климатических условиях, при отсутствии возможности увеличивать высоту биофильтров и при необходимости более высокой степени очистки.

Иногда предусматривается переключение фильтров, т. е. периодическая эксплуатация каждого из них в качестве фильтра первой и второй ступени.

5. По пропускной способности -- на биофильтры малой пропускной способности (капельные) и большой пропускной способности (высоко-нагружаемые).

6. По конструктивным особенностям загрузочного материала -- на биофильтры с объемной загрузкой и с плоскостной загрузкой.

Биофильтры с объемной загрузкой можно подразделить на: капельные биофильтры (малой пропускной способности), имеющие крупность фракций загрузочного материала 20--30 мм и высоту слоя загрузки 1--2 м;

высоко нагружаемые биофильтры, имеющие крупность загрузочного материала 40--60 мм и высоту слоя загрузки 2--4 м;биофильтры большой высоты (башенные), имеющие крупность загрузочного материала 60--80 мм и высоту слоя загрузки 8--16 м. Биофильтры с плоскостной загрузкой подразделяются на: биофильтры с жесткой загрузкой в виде колец, обрезков труб и других элементов. В качестве загрузки могут быть использованы керамические, пластмассовые и металлические засыпные элементы. В зависимости от материала загрузки плотность ее составляет 100--600 кг/м8, пористость 70--90%, высота слоя загрузки 1--6 м;биофильтры с жесткой загрузкой в виде решеток или блоков, собранных из чередующихся плоских и гофрированных листов. Блочные загрузки могут выполняться из различных видов пластмассы (поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, полистирол и др.), а также из асбестоцементных листов. Плотность пластмассовой загрузки 40-- 100 кг/м3, пористость 90--97%, высота слоя загрузки 2--16 м. Плотность асбестоцементной загрузки 200--250 кг/м3, пористость 80--90%, высота слоя загрузки 2--6 м;биофильтры с мягкой или рулонной загрузкой, выполненной из металлических сеток, пластмассовых пленок, синтетических тканей (нейлон, капрон), которые крепятся на каркасах или укладываются в виде рулонов. Плотность такой загрузки 5--60 кг/м3, пористость 94--99%, высота слоя загрузки 3--8 м.

К биофильтрам с плоскостной загрузкой следует отнести и погружные биофильтры, представляющие собой резервуары, заполненные сточной водой и имеющие днище вогнутой формы. Вдоль резервуара несколько выше уровня сточной воды устанавливается вал с насаженными пластмассовыми, асбестоцементными или металлическими дисками диаметром 0,6--3 м. Расстояние между дисками 10--20 мм, частота вращения вала с дисками 1--40 мин-1.

Плоскостные биофильтры с засыпной и мягкой загрузкой рекомендуется применять при расходах до 10 тыс. м3/сутки, с блочной загрузкой-- до 50 тыс. м3/сутки, погружные биофильтры -- для малых расходов до 500 м3/сутки.

Союзводоканалниипроектом составлен экспериментальный проект биофильтров пропускной способностью 200--1400 м3/сутки с загрузкой из пеностекольных блоков 375X375 мм, из гофрированных листов полиэтилена размером 500X500 мм типа «сложная волна» и асбестоцементных листов размером 974X2000 мм.

Основные типы биофильтров

Капельные биофильтры. В капельном биофильтре сточная вода подается в виде капель или струй. Естественная вентиляция воздуха происходит через открытую поверхность биофильтра и дренаж. Такие биофильтры имеют низкую нагрузку по воде; обычно она колеблется от 0,5 до 1 м3 воды на 1 м3 фильтра.

Схема работы капельных биофильтров следующая. Сточная вода, осветленная в первичных отстойниках, самотеком (или под напором) поступает в распределительные устройства, из которых периодически напускается на поверхность биофильтра. Вода, отфильтровавшаяся через толщу биофильтра, попадает в дренажную систему и далее по сплошному непроницаемому днищу стекает к отводным лоткам, расположенным за пределами биофильтра. Затем вода поступает во вторичные отстойники, в которых выносимая пленка отделяется от очищенной воды.

При нагрузке по загрязнениям больше допустимой поверхность капельных биофильтров быстро заиливается, и работа их резко ухудшается.

Проектируются они круглыми или прямоугольными в плане со сплошными стенками и двойным дном: верхним в виде колосниковой решетки и нижним -- сплошным.

Высота между донного пространства должна быть не менее 0,6 м для возможности периодического его осмотра. Дренаж биофильтров выполняют из железобетонных плит, уложенных на бетонные опоры. Общая площадь отверстий для пропуска воды в дренажную систему должна составлять не менее 5--8% площади поверхности биофильтров. Во избежание заиливания лотков дренажной системы скорость движения воды в них должна быть не менее 0,6 м/с.

Уклон нижнего днища к сборным лоткам принимается не менее 0,01, продольный уклон сборных лотков (максимально возможный по конструктивным соображениям) -- не менее 0,005.

Стенки биофильтров выполняются из сборного железобетона и возвышаются над поверхностью загрузки на 0,5 м для уменьшения влияния ветра на распределение воды по поверхности фильтра. При наличии дешевого загрузочного материала и свободной территории небольшие биофильтры можно устраивать без стенок; фильтрующий материал в этом случае засыпается под углом естественного откоса. Наилучшими материалами для засыпки биофильтров являются щебень и галька.

Все примененные для загрузки естественные и искусственные материалы должны удовлетворять следующим требованиям: при плотности до 1000 кг/м3 загруженный материал в естественном состоянии должен выдерживать нагрузку на поперечное сечение не менее 0,1 МПа, не менее 10 циклов испытаний на морозостойкость; кипячение в течение 1 ч в 5%-ном растворе соляной кислоты; материал не должен получать заметных повреждений или уменьшаться в весе более чем на 10% первоначальной загрузки биофильтров; загрузка биофильтров по высоте должна быть одинаковой крупности, и только для нижнего поддерживающего слоя высотой 0,2 м следует применять более крупную загрузку (диаметром 60--100 мм).

Высоко нагружаемые биофильтры . В начале текущего столетия появились биофильтры, которые у нас в стране получили название аэрофильтры, а за рубежом -- биофильтры высокой нагрузки. Отличительной особенностью этих сооружений является более высокая, чем в обычных капельных биофильтрах, окислительная мощность, что обусловлено незаиляемостью таких фильтров и лучшим обменом воздуха в них. Достигается это благодаря более крупному загрузочному материалу и повышенной в несколько раз нагрузке по воде.

Повышенная скорость движения сточной воды обеспечивает постоянный вынос задержанных трудно окисляемых нерастворимых примесей и отмирающей биопленки. Поступающий в тело биофильтра кислород воздуха расходуется в основном на биологическое окисление части загрязнений, не вынесенных из тела фильтра.

В СССР конструкции аэрофильтров были предложены Н.А. Базякиной и С.Н. Строгановым и в 1929 г. построены на Кожуховской биологической станции.

Конструктивными отличиями высоко нагружаемых биофильтров являются большая высота слоя загрузки, большая крупность ее зерен и особая конструкция днища и дренажа, обеспечивающая возможность искусственной продувки материала загрузки воздухом.

Между донное пространство должно быть закрытым, и туда подается вентиляторами воздух. На отводных трубопроводах должны быть предусмотрены гидравлические затворы глубиной 200 мм.

Особенностями эксплуатационного характера являются необходимость орошения всей поверхности биофильтра с возможно малыми перерывами в подаче воды и поддержание повышенной нагрузки по воде на 1 м2 площади поверхности фильтра (в плане). Только при этих условиях обеспечивается промывка фильтров.

Высоко нагружаемые биофильтры могут обеспечить любую заданную степень очистки сточных вод, поэтому применяются как для частичной, так и для полной их очистки.

Как показали исследования, в одинаковых условиях (одинаковая высота и крупность загрузки, характер загрязнений, степень очистки сточных вод и т. д.) высоко нагружаемые биофильтры по сравнению с капельными имеют большую пропускную способность по объему пропускаемой через них воды, а не по количеству переработанных (окисленных) загрязнений. Повышенная же эффективность этих биофильтров по извлечению из сточных вод загрязняющих веществ достигается при увеличении высоты слоя загрузки, увеличении крупности зерен загрузки и лучшем воздухообмене.

Башенные биофильтры . Эти биофильтры имеют высоту 8--16 м и применяются для очистных станций пропускной способностью до 50 000 м3/сутки при благоприятном рельефе местности и при БПКго очищенной воды 20--25 мг/л. В отечественной практике они распространения не получили.

Вентиляция биофильтров

Естественная вентиляция в биофильтрах происходит вследствие разницы температур наружного воздуха и тела биофильтра.

Основная масса воздуха поступает в тело биофильтра через между донное пространство и сверху вместе с водой по мере ее движения в фильтре. Если температура сточных вод выше температуры воздуха, то устанавливается восходящий (от дренажа к поверхности) поток воздуха, при обратном соотношении---нисходящий; при равенстве температур вентиляция может совсем прекратиться. Интенсивность вентиляции биофильтров зависит также от высоты слоя фильтрующей загрузки, размеров ее зерен и высоты между донного пространства. Чем мельче загрузка, тем хуже условия вентиляции.

Исследования, проведенные Н.А. Базякиной, показали, что объем кислорода воздуха, используемого в биофильтрах, как и в других сооружениях биологической очистки, не превышает 7--8%.

Температура внутри биофильтра не должна быть ниже 6° С, иначе окислительный процесс практически прекращается.

В установках большой и средней пропускной способности необходимая температура поддерживается вследствие постоянного притока сточных вод, температура которых почти всегда выше 8° С. Поэтому такие фильтры обычно не требуют утепления. Небольшие фильтры, как уже отмечалось, приходится размещать в утепленных помещениях во избежание их переохлаждения, особенно в ночное время, когда приток сточной воды уменьшается.

Распределение сточных вод по биофильтрам

Надежная работа биофильтра может быть достигнута только при равномерном орошении водой его поверхности. Орошение производится распределительными устройствами, которые подразделяются на две основные группы: неподвижные и подвижные.

К неподвижным распределителям относятся дырчатые желоба или трубы и разбрызгиватели (спринклеры), к подвижным -- качающиеся желоба, движущиеся наливные колеса и вращающиеся реактивные распределители (оросители).

В отечественной и зарубежной практике наибольшее распространение получили спринклерное орошение и орошение при помощи подвижных оросителей.

Спринклерное орошение . Спринклерная система состоит из дозирующего бака, разводящей сети и спринклеров.

Спринклеры (спринклерные головки) -- специальные насадки, надетые на концы стояков, которые ответвляются от водораспределительных труб, уложенных на поверхности или в теле биофильтра. Отверстия спринклерных головок невелики -- обычно 19, 22 и 25 мм. Во избежание коррозии спринклеры изготовляют из бронзы или из латуни.

Достоинством головки этого типа является, то, что опора, к которой прикреплен отражательный обратный конус, находится в стороне от движущейся струи и не мешает ее действию.

Дозирующий бак автоматически подает воду в спринклерную сеть под постоянным напором. Продолжительность опорожнения бака (период орошения), зависящая в основном от вместимости бака и размеров выпускаемой трубы, всегда одинакова; продолжительность же наполнения бака зависит только от притока сточных вод, который колеблется в течение суток. Поэтому орошение биофильтра производится периодически, через неровные по продолжительности интервалы. Во избежание сильного охлаждения не обогреваемых биофильтров интервал между орошением не должен превышать 5--8 мин.

При большой площади биофильтры разделяются на секции с самостоятельными распределительными сетями и отдельными дозирующими баками.

В отечественной практике наибольшее распространение получил дозирующий бак с сифоном. Преимущество его перед другими состоит в том, что он совершенно не имеет движущихся частей.

Выпускная труба из дозирующего бака представляет собой сифон, верхний срез которого возвышается над дном бака. Внутри дозирующего бака расположен опрокинутый стакан, установленный на подставках и не доходящий до дна бака. К стакану в верхней его части присоединены две трубки: одна из них -- воздушная трубка -- заканчивается открытым концом в баке, другая трубка, представляющая собой вентиляционный затвор, или регулятор напора, заканчивается открытым концом, выведенным выше максимального уровня воды в баке. Кроме того, регулятор напора присоединен патрубком к главной выпускной трубе. В верхней части бака имеется переливная труба, диаметр которой принимается в соответствии с притоком воды в бак.

Действие автоматического сифона заключается в следующем. Вначале вода в баке стоит на низшем уровне А, соответствующем нижнему колену воздушной трубки. В сифоне вода в это время стоит на уровне выходного отверстия спринклеров; регулятор напора заполнен водой до уровня на котором он присоединен к стакану. По мере поступления воды горизонт ее в баке повышается, причем давление под стаканом и в отводной трубе остается равным атмосферному до тех пор, пока уровень ее не дойдет до отверстия воздушной трубки. После этого выход воздуха из-под стакана прекращается и воздушное давление в нем по мере заполнения бака начинает возрастать.

Когда горизонт воды в баке достигнет наивысшего уровня, а горизонт воды под стаканом достигнет верхнего края отводной трубы, уровень воды в регуляторе напора упадет до нижнего его колена В2, а в главном сифоне -- до уровня Б2> также почти у нижнего колена. При этом давление воздуха под стаканом, в главной трубе сифона и в регуляторе напора будет равно высоте столба воды. В следующий момент гидравлический затвор в регуляторе напора прорвется, давление под стаканом упадет до атмосферного, вследствие чего вода из бака устремится в главную трубу и будет вытекать из нее до тех пор, пока горизонт в баке не упадет до уровня А нижнего колена воздушной трубки. Как только через нее воздух проникнет под стакан, действие сифона приостановится, причем колено регулятора напора, засасывающего во время действия сифона воду из главной отводной трубы, останется заполненным водой.

Для регулирования наивысшего уровня воды в баке, при котором начинают действовать сифоны, верхнюю часть регулятора напора делают подвижной на сальниках; поднимая или опуская переливной патрубок регулятора напора, можно установить начало действия сифона как раз в тот момент, когда уровень воды под стаканом дойдет до края выпускной трубы. Отводную трубу от бака можно устраивать с гидравлическим затвором и без него. Диаметр сифона равен диаметру разводящей трубы. Внутренний диаметр колокола принимают равным двум диаметрам трубы сифона, но он может быть и больше.

По мере вытекания воды из бака радиус действия спринклера, зависящий от напора, постепенно уменьшается и таким образом орошается вся площадь круга вокруг спринклера. Для более равномерного распределения воды по орошаемой площади дозирующему баку придают такую форму, при которой площадь его горизонтальных сечений на различных уровнях пропорциональна расходу воды из бака в данный момент. Этому требованию с достаточным приближением удовлетворяет форма опрокинутой усеченной пирамиды. Площадь нижнего ее сечения назначают в зависимости от размера выходной трубы; площадь верхнего сечения (соответствующего уровню воды при максимальном напоре) определяется из указанного соотношения.

Расчет водораспределительной системы сводится к определению расхода воды из каждого разбрызгивателя (спринклера), определению необходимого их числа, диаметра разводящей сети, емкости и времени работы дозирующего бака.

Распределительную сеть укладывают или на специальные столбы, или прямо на фильтрующую загрузку на глубине 0,7--0,8 м от поверхности биофильтра. Сеть укладывают с уклоном с тем, чтобы ее можно было опорожнить в случае необходимости. В конце каждой трубы целесообразно иметь пробку, через которую можно было бы промыть трубопровод чистой водой. Спринклерные головки устанавливают обычно на 0,15 м выше поверхности загрузки фильтра.

Реактивные вращающиеся водораспределители (оросители). Вращающийся ороситель состоит из двух или четырех дырчатых труб, консольно закрепленных на общем стояке.

Вода из распределительной камеры поступает под некоторым напором в стояк, установленный на шариковых подшипниках; стояк может свободно вращаться вокруг своей вертикальной оси. Из стояка вода поступает в радиально расположенные трубы и через отверстия в них выливается на поверхность биофильтра. Под действием реактивной силы, возникающей при истечении воды из отверстий, распределитель вращается.

Такие реактивные оросители получили большое распространение за рубежом (в Англии, ФРГ и Чехословакии) и вполне себя оправдали. У нас они применяются на очистных станциях во многих городах (Харькове, Славянске, Шереметьеве, Владимире и др.).

Союзводоканалниипроектом разработаны типовые проекты вращающихся оросителей для биофильтров диаметром 15, 21, 27 и 29 м.

Для приведения в действие реактивного оросителя необходим сравнительно небольшой напор (0,2--1 м), что является одним из достоинств этого устройства. Кроме того, при реактивных оросителях отпадает необходимость в устройстве дозаторов.

Диаметр отверстий в радиально расположенных трубах обычно колеблется от 10 до 15 мм; расстояние между отверстиями увеличивается от периферии к центру, что обеспечивает более равномерное орошение биофильтра.

Биофильтры с загрузкой из пеностекла или пластмассы

Сооружения биологической фильтрации, особенно с прикрепленным биоценозом, хорошо себя зарекомендовали в работе с малыми расходами и пиковыми нагрузками по органике. Они просты, удобны, в них за короткое время (до 30 минут) происходит скоростное изъятие загрязнений. На традиционных биофильтрах в качестве фильтрующей массы применяют объемный материал: щебень, гравий, керамзит. Блочные загрузки из блоков пеностекла имеют преимущества в технологическом, конструктивном и эксплуатационном отношениях по сравнению с другими материалами. Пеностекло - это теплоизоляционный строительный материал. Он отличается механической прочностью, влаго-, паро- и газонепроницаемостью, огнестойкостью, морозостойкостью, долговечностью, устойчивостью к воздействию кислот и продуктов разложения. Площадь адсорбционной поверхности пеностекла в зависимости от величины перфорации с учетом малых и больших пор- 200 кв.м/куб.м. Пеностекло имеет чрезмерно развитую поверхность, удерживает в единице объема большое количество биопленки, чем какой-либо другой вид загрузочного материала, что способствует интенсивному изъятию загрязнений из сточных вод. Распределение сточной воды по поверхности биофильтра осуществляется с помощью реактивного оросителя. Пластмассовые загрузки используются в виде жесткой (кольца, обрезки труб и т.д.), жестко-блочной (из плоских и гофрированных листов), а также мягкой (из пластмассовых пленок) засыпки. Таким образом, загрузка обладает высокой пустотностью, большой сорбционной поверхностью и относительно малым коэффициентом сцепления биопленки с поверхностью загрузки, что создает условия для образования тонкого слоя биопленки.

Пластмассовая загрузка исключает заиливание биофильтров, значительно увеличивает объем поступающего воздуха, что способствует повышению окислительной мощности. Кроме достоинств, биофильтры обладают и рядом недостатков. Так, высокая не равномерность поступления сточных вод от малых объектов крайне отрицательно влияет на работу биофильтров и аэротенков. В биофильтрах происходит подсыхание биопленки и наблюдается не равномерность температурного режима ее работы, создаются условия, способствующие заиливанию загрузки. Во избежания этих явлений в часы минимального притока сточных вод осуществляют рециркуляцию очищенных сточных вод, что приводит к дополнительным энергозатратам на перекачку стоков.

Биодисковые фильтры

Эти сооружения предназначены для расхода сточных вод до 1000 куб.м в сутки. В качестве загрузки для биодисковых фильтров рекомендуются перфорированные диски, изготовленные из объемных синтетических материалов пониженной плотности (пенопласта, пеностекла). Современные биодисковые фильтры представляют собой многосекционную емкость, наполненную вращающейся загрузкой. Диски набирают на горизонтально расположенном валу с расстоянием между ними 15-20 мм. Диски обычно погружены в очищаемую жидкость на 0,45Д (30--45 %), иногда до 0,75Д. Диаметр дисков находится в пределах от 0,4 до 3,0 метров в зависимости от производительности установки. Принцип действия данного сооружения следующий: диски - основной компонент сооружения - находится в постоянном вращательном движении, причем их поверхность перфорации покрывается биопленкой, которая находится в прикрепленном состоянии. Биомодули, создавая обширную поверхность, обеспечивают гидродинамические условия, при которых отторгнутая биопленка продолжает работать, находясь во взвешенном состоянии. Здесь совмещается режим работы прикрепленного биоценоза и взвешенного (активного) ила. За пределами зоны очищаемой воды микроорганизмы, находясь в биопленке, получают кислород непосредственно из атмосферы. При одинаковых категориях обрабатываемых городских сточных вод и заданном эффекте очистки время аэрации в БДФ составляет 60-90 минут, а в классических аэротенках - около 6 часов. Биодисковые фильтры компактны, конструктивно просты, устойчивы к различного рода перегрузкам, имеют низкие удельные энергозатраты. Кроме того, при использовании этих фильтров практически отпадает необходимость насосной станции, так как гидравлические потери сооружений не значительны. Биодисковые фильтры - многосекционные сооружения (3-6 секций). Основная масса удаленных биоразлагаемых загрязнений приходится на первую и вторую секции БДФ. Процесс снижения аммонийного азота и нитрификации успешно протекает в третьей и последующих секциях. Удаление азота достигает 40 %, что выше, чем в классических биофильтрах и аэротенках. Однако в очищенных водах присутствуют азотистые соли (биогенные соединения), поэтому в некоторых случаях требуется доочистка. Из биодисковых фильтров биологическая пленка потока обработанной жидкости выносится во вторичный отстойник. Разделение биопленки осуществляется гравитационным способом. Вторичные отстойники рекомендуется оборудовать тонкослойными модулями.

Биофильтраторы

Компактная установка биофильтратор предназначена для малых расходов сточных вод (от 2 до 600 куб.м в сутки) и обеспечивает полную биологическую очистку от разнообразных загрязнений в широком диапазоне концентраций. Установка имеет низкие капитальные вложения и энергетические затраты. Она проста и экономична в эксплуатации, не требует специального постоянного ухода.Биофильтратор состоит из аэрационной (сорбционной) зоны и зоны осветления. В сорбционной зоне установлены вращающиеся перфорированные диски из пенопласта или подобных материалов. Диски вращаются мотор-редукторм с частотой вращения 10-15 об/мин. За счет градиента давления жидкость и отторгнутая биопленка переливаются через отверстие, устроенное в разделительной перегородке. Укрупненные хлопья активного ила из зоны осветления опускаются вниз и через отверстия подсасываются в аэрационную зону за счет кинематики течения. Таким образом, происходит постоянный обмен биомассы между зонами сорбции и осветления. Очищаемая жидкость поднимается к лотку и отводится за пределы сооружения. Для интенсификации биотехнологии в биофильтре используется струйная аэрация, что позволяет исключить механическую систему привода мотор-редуктор. Такой метод очистки применяется дла расходов сточных вод от 0,5 до 1,5 куб.м в сутки и более, с загрузкой от низких до высоких значений концентрации биоразделяемых соединений (БПК). Струйный биофильтр работает следующим образом. Сточные воды, прошедшие механическую очистку, попадают в аэрационную зону, куда также поступает смесь осветленной жидкости и циркуляционного активного ила. Эта смесь из нижней части осветляется забирается по трубопроводу насосом и через струйный аэратор шахтного типа сбрасывается в аэрационную зону биофильтра. Струя потока вводится в межсекционное пространство (Рис. 4) ниже свободной поверхности на 15-30 см и отражается от специально спланированной поверхности дна. В результате возникают интенсивные воздушные восходящие потоки, которые приводят к движению биоротора. После контакта очищаемой жидкости в аэрационной зоне смесь или и сточной воды поступает на осветление. Зона осветления разделена на три отсека. В дегазационно-отстойной зоне при низходящем потоке отделяются выносимые из аэрационной зоне пузырьки газа малых размеров. Здесь укрупненные частицы ила осаждаются на дно отстойника и возвращаются в аэрационную систему. Далее смесь поступает во вторую зону отстаивания, где происоходит основной процесс разделения твердой и жидкой фаз с образованием взвешенного слоя, углубляющего процесс биофильтрации. Из этой зоны укрупненные хлопья активного ила также поступают в камеру аэрации. В последующем отделении обеспечивается окончательная очистка сточных вод. Вторая зона отстаивания работает в режиме отстойника. Осаждающиеся хлопья активного ила по стенке емкости сползают в зону их забора насосным агрегатом. Осветленные сточные воды через сбросный лоток отводятся на обеззараживание.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В ведение

Г лава 1. Б иологические фильтры: общая характеристика и классификация

а) фильтрующей загрузки (тело фильтра) из шлака, гравия, керамзита, щебня, пластмасс, асбестоцемента, помещенной обычно в резервуаре с водопроницаемыми или водонепроницаемыми стенками;

б) водораспределительного устройства, обеспечивающего равномерное с небольшими интервалами орошение сточной водой поверхности загрузки биофильтра;

в) дренажного устройства для удаления профильтровавшейся воды;

г) воздухораспределительного устройства, с помощью которого по ступает необходимый для окислительного процесса воздух.

Проходя через загрузку биофильтра, загрязненная вода оставляет в ней нерастворенные примеси, не осевшие в первичных отстойниках, а также коллоидные и растворенные органические вещества, сорбируемые биологической пленкой. Густо заселяющие биопленку микроорганизмы окисляют органические вещества и отсюда черпают энергию, необходимую для своей жизнедеятельности. Часть органических веществ микроорганизмы используют как пластический материал для увеличения своей массы. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества и в то же время увеличивается масса активной биологической пленки в теле биофильтра. Отработанная и омертвевшая пленка смывается протекающей сточной водой и выносится из тела биофильтра. Необходимый для биохимического процесса кислород воздуха поступает в толщу загрузки путем естественной и искусственной вентиляции фильтра.

Классификация биофильтров

Биофильтры классифицируются по различным признакам.

4. По технологической схеме -- на биофильтры одноступенчатые и двухступенчатые. Схемы работы одноступенчатых биофильтров с рециркуляцией и без нее приведены на 4.91, а, а двухступенчатых с рециркуляцией -- на 4.91,6. Двухступенчатые биофильтры применяются при неблагоприятных климатических условиях, при отсутствии возможности увеличивать высоту биофильтров и при необходимости более высокой степени очистки.

5. По пропускной способности -- на биофильтры малой пропускной способности (капельные) и большой пропускной способности (высоконагружаемые).

высоконагружаемые биофильтры, имеющие крупность загрузочного материала 40--60 мм и высоту слоя загрузки 2--4 м;

биофильтры большой высоты (башенные), имеющие крупность загрузочного материала 60--80 мм и высоту слоя загрузки 8--16 м. Биофильтры с плоскостной загрузкой подразделяются на: биофильтры с жесткой загрузкой в виде колец, обрезков труб и других элементов. В качестве загрузки могут быть использованы керамические, пластмассовые и металлические засыпные элементы. В зависимости от материала загрузки плотность ее составляет 100--600 кг/м8, пористость 70--90%, высота слоя загрузки 1--6 м;

биофильтры с жесткой загрузкой в виде решеток или блоков, собранных из чередующихся плоских и гофрированных листов. Блочные загрузки могут выполняться из различных видов пластмассы (поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, полистирол и др.), а также из асбестоцементных листов. Плотность пластмассовой загрузки 40-- 100 кг/м3, пористость 90--97%, высота слоя загрузки 2--16 м. Плотность асбестоцементной загрузки 200--250 кг/м3, пористость 80--90%, высота слоя загрузки 2--6 м;

биофильтры с мягкой или рулонной загрузкой, выполненной из металлических сеток, пластмассовых пленок, синтетических тканей (нейлон, капрон), которые крепятся на каркасах или укладываются в виде рулонов. Плотность такой загрузки 5--60 кг/м3, пористость 94--99%, высота слоя загрузки 3--8 м.

Союзводоканалниипроектом составлен экспериментальный проект биофильтров пропускной способностью 200--1400 м3/сутки с загрузкой из пеностеклянных блоков 375X375 мм, из гофрированных листов полиэтилена размером 500X500 мм типа «сложная волна» (4. 92) и асбестоцементных листов размером 974X2000 мм.

Основные типы биофильтров

Капельные биофильтры. В капельном биофильтре (4.93) сточная вода подается в виде капель или струй. Естественная вентиляция воздуха происходит через открытую поверхность биофильтра и дренаж. Такие биофильтры имеют низкую нагрузку по воде; обычно она колеблется от 0,5 до 1 м3 воды на 1 м3 фильтра.

Схема работы капельных биофильтров следующая. Сточная вода, осветленная в первичных отстойниках, самотеком (или под напором) поступает в распределительные устройства, из которых периодически напускается на поверхность биофильтра. Вода, профильтровавшаяся через толщу биофильтра, попадает в дренажную систему и далее по сплошному непроницаемому днищу стекает к отводным лоткам, расположенным за пределами биофильтра. Затем вода поступает во вторичные отстойники, в которых выносимая пленка отделяется от очищенной воды.

Высота междудонного пространства должна быть не менее 0,6 м для возможности периодического его осмотра. Дренаж биофильтров выполняют из железобетонных плит, уложенных на бетонные опоры. Общая площадь отверстий для пропуска воды в дренажную систему должна составлять не менее 5--8% площади поверхности биофильтров. Во избежание заиливания лотков дренажной системы скорость движения воды в них должна быть не менее 0,6 м/с.

Высоконагружаемые биофильтры. В начале текущего столетия появились биофильтры, которые у нас в стране получили название аэрофильтры, а за рубежом -- биофильтры высокой нагрузки. Отличительной особенностью этих сооружений является более высокая, чем в обычных капельных биофильтрах, окислительная мощность, что обусловлено незаиляемостью таких фильтров и лучшим обменом воздуха в них. Достигается это благодаря более крупному загрузочному материалу и повышенной в несколько раз нагрузке по воде.

Повышенная скорость движения сточной воды обеспечивает постоянный вынос задержанных трудноокисляемых нерастворенных примесей и отмирающей биопленки. Поступающий в тело биофильтра кислород воздуха расходуется в основном на биологическое окисление части загрязнений, не вынесенных из тела фильтра.

Конструктивными отличиями высоконагружаемых биофильтров являются большая высота слоя загрузки, большая крупность ее зерен и особая конструкция днища и дренажа, обеспечивающая возможность искусственной продувки материала загрузки воздухом.

Междудонное пространство должно быть закрытым, и туда подается вентиляторами воздух. На отводных трубопроводах должны быть предусмотрены гидравлические затворы глубиной 200 мм.

Высоконагружаемые биофильтры могут обеспечить любую заданную степень очистки сточных вод, поэтому применяются как для частичной, так и для полной их очистки.

Как показали исследования, в одинаковых условиях (одинаковая высота и крупность загрузки, характер загрязнений, степень очистки сточных вод и т. д.) высоконагружаемые биофильтры по сравнению с капельными имеют большую пропускную способность по объему пропускаемой через них воды, а не по количеству переработанных (окисленных) загрязнений. Повышенная же эффективность этих биофильтров по извлечению из сточных вод загрязняющих веществ достигается при увеличении высоты слоя загрузки, увеличении крупности зерен загрузки и лучшем воздухообмене.

Башенные биофильтры. Эти биофильтры имеют высоту 8--16 м и применяются для очистных станций пропускной способностью до 50 000 м3/сутки при благоприятном рельефе местности и при БПКго очищенной воды 20--25 мг/л. В отечественной практике они распространения не получили.

Расчет биофильтров

Капельные биофильтры. Расчет биофильтров состоит в определении необходимого объема загрузочного материала для очистки сточной воды и размеров элементов водораспределительных устройств, дренажа, лотков для сбора и отведения воды.

Объем фильтрующей загрузки определяют по окислительной мощности ОМ. Под окислительной мощностью понимается масса кислорода, выраженная в граммах БПК, которая может быть получена в сутки с 1 м3 загрузочного материала биофильтра.

Окислительная мощность биофильтра зависит от температуры сточной воды и наружного воздуха, от характера поступающих загрязнений, материала загрузки, способа подачи воздуха и др.

При иной среднегодовой температуре окислительную мощность увеличивают или уменьшают пропорционально отношению фактической температуры к 10° С.

При среднегодовой температуре воздуха до 3° С биофильтры любой пропускной способности размещаются в отапливаемых помещениях с пятикратным воздухообменом в 1 ч; температура в них должна быть на 2° выше температуры сточной воды. В таких же помещениях располагаются биофильтры пропускной способностью до 500 м3/сутки, если среднегодовая температура воздуха 3--6° С. Биофильтры большой пропускной способности в этом случае размещаются в шатрах.

Биофильтры устраивают в виде отдельных секций. Число и размеры секций зависят от способов распределения сточной воды по поверхности, условий их эксплуатации и пр.; число секций должно быть не менее 2 и не более 6--8; все секции должны быть рабочими.

Высоконагружаемые биофильтры. В результате исследований, проведенных АКХ и МИСИ (И. С. Постников, В. В. Безенов и С. В. Яковлев), разработаны достаточно точные методы расчета высоконагружаемых биофильтров.

Высоту биофильтра назначают в зависимости от местных условий и требуемой степени очистки сточных вод. Если очищенная сточная вода должна иметь БПК2о=25... 30 мг/л, высота биофильтра должна быть не менее 2 м, если БПК2о=20 мг/л -- не менее 3 м и при БПК2о= 15 мг/л -- не менее 4 м.

Приведенный метод имеет серьезные недостатки: высота биофильтра может назначаться в пределах от 2 до 4 м; отсутствует возможность проанализировать работу действующих биофильтров и рассчитать биофильтр на любую заданную степень очистки и пр.

Более точным является метод, предложенный проф. С. В. Яковлевым. Он дает возможность рассчитать биофильтр на любую пропускную способность и степень очистки.

Как известно, одновременно с процессом изъятия из сточных вод загрязняющих их веществ в теле биофильтров идет процесс окисления этих веществ. При этом, естественно, окисление идет значительно медленнее, чем изъятие загрязнений.

На основании анализа каждого процесса проф. С. В. Яковлевым предложены уравнения, характеризующие зависимость между основными факторами, обусловливающими работу биофильтров, и рекомендован графоаналитический метод расчета биофильтров.

Вентиляция биофильтров

Основная масса воздуха поступает в тело биофильтра через междудонное пространство и сверху вместе с водой по мере ее движения в фильтре. Если температура сточных вод выше температуры воздуха, то устанавливается восходящий (от дренажа к поверхности) поток воздуха, при обратном соотношении -- нисходящий; при равенстве температур вентиляция может совсем прекратиться. Интенсивность вентиляции биофильтров зависит также от высоты слоя фильтрующей загрузки, размеров ее зерен и высоты междудонного пространства. Чем мельче загрузка, тем хуже условия вентиляции.

Исследования, проведенные Н. А. Базякиной, показали, что объем кислорода воздуха, используемого в биофильтрах, как и в других сооружениях биологической очистки, не превышает 7--8%.

Распределение сточных вод по биофильтрам

Спринклерное орошение. Спринклерная система состоит из дозирующего бака, разводящей сети и спринклеров.

Дозирующий бак автоматически подает воду в спринклерную сеть под постоянным напором. Продолжительность опорожнения бака (период орошения), зависящая в основном от вместимости бака и размеров выпускаемой трубы, всегда одинакова; продолжительность же наполнения бака зависит только от притока сточных вод, который колеблется в течение суток. Поэтому орошение биофильтра производится периодически, через неровные по продолжительности интервалы. Во избежание сильного охлаждения необогреваемых биофильтров интервал между орошением не должен превышать 5--8 мин.

В отечественной практике наибольшее распространение получил дозирующий бак с сифоном (4. 97). Преимущество его перед другими состоит в том, что он совершенно не имеет движущихся частей.

Действие автоматического сифона заключается в следующем. Вначале вода в баке стоит на низшем уровне А, соответствующем нижнему колену воздушной трубки. В сифоне вода в это время стоит на уровне Б выходного отверстия спринклеров; регулятор напора заполнен водой до уровня Вь на котором он присоединен к стакану. По мере поступления воды горизонт ее в баке повышается, причем давление под стаканом и в отводной трубе остается равным атмосферному до тех пор, пока уровень ее не дойдет до отверстия воздушной трубки. После этого выход воздуха из-под стакана прекращается и воздудшое давление в нем по мере заполнения бака начинает возрастать.

Когда горизонт воды в баке достигнет наивысшего уровня, а горизонт воды под стаканом достигнет верхнего края отводной трубы, уровень воды в регуляторе напора упадет до нижнего его колена В2, а в главном сифоне -- до уровня Б2> также почти у нижнего колена. При этом давление воздуха под стаканом, в главной трубе сифона и в регуляторе напора будет равно высоте столба воды /гИзб. В следующий момент гидравлический затвор в регуляторе напора прорвется, давление под стаканом упадет до атмосферного, вследствие чего вода из бака устремится в главную трубу и будет вытекать из нее до тех пор, пока горизонт в баке не упадет до уровня А нижнего колена воздушной трубки. Как только через нее воздух проникнет под стакан, действие сифона приостановится, причем колено регулятора напора, засасывающего во время действия сифона воду из главной отводной трубы, останется заполненным водой.

Реактивные вращающиеся водораспределители (оросители). Вращающийся ороситель состоит из двух или четырех дырчатых труб, консольно закрепленных на общем стояке (4.100).

Глава 2. О чистка в биофильтрах

Биофильтры -- это сооружения, в корпусе которых размещается кусковая насадка (загрузка) и предусмотрены распределительные устройства для сточной воды. В биофильтрах сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытый пленкой из микроорганизмов.

В качестве загрузки используют различные материалы с высокой пористостью, малой плотностью и высокой удельной поверхностью: щебень, гравий, шлак, керамзит, керамические и пластмассовые кольца, кубы, шары, цилиндры, шестигранные блоки, металлические и пластмассовые сетки, скрученные в рулоны.

Биофильтры делят на: работающие с полной и неполной биологической очисткой; с естественной и искусственной подачей воздуха; с рециркуляцией и без рециркуляции сточных вод; одноступенчатые и двухступенчатые, капельные и высоконагружаемые.

Двухступенчатые биофильтры применяются в том случае, когда невозможно увеличивать высоту биофильтра для достижения высокой степени очистки.

Башенные биофильтры применяют для очистных сооружений производительностью до 5000 м3/сут. Погружные или дисковые биофильтры работают при расходах до 500 м3/сут. Они представляют собой резервуар, в котором имеется вращающийся вал с насаженными на нем дисками. Уровень сточной воды в резервуаре устанавливают на 2-3 см ниже горизонтального вала. Размер дисков 0,6-3 м, а расстояние между ними 10-20 мм. Диски могут быть металлические, пластмассовые и асбестоцементные. Вал вращается со скоростью 1-40 об/мин.

Биотенк-биофильтр (рис. 5.72) заключен в корпус с расположенными в шахматном порядке элементами загрузки, которые представляют собой полуцилиндры диаметром 80 мм. Сточная вода поступает сверху, наполняя элементы загрузки, и через края стекает вниз. На наружных поверхностях элементов образуется биопленка, а в элементах -- биомасса, напоминающая активный ил. Насыщение воды кислородом происходит при движении жидкости. биологический фильтр аэрация сточный

Применение кислорода для аэрации сточных вод

При пневматической аэрации вместо воздуха начинают использовать технический кислород. Иногда этот процесс называют "биоосаждением". Его проводят в закрытых аппаратах, которые называются окситенками.

Разработано несколько конструкций окситенков. На практике применяют окситенки двух типов: 1) комбинированные, работающие по принципу реактора-смесителя; 2) секционные окситенки-вытеснители с отдельным вторичным отстойником. Схема секционного окситенка показана на рис. 5.73. Окситенк представляет собой герметически перекрытый прямоугольный резервуар, разделенный перегородками с отверстиями на 4-6 секций. Верхнее отверстие перегородки служит для прохода газа, нижнее -- для прохода иловой смеси. Сточная вода, циркуляционный ил, кислород входят в первую секцию.

Среднюю продолжительность пребывания сточных вод в окситенке определяют по формуле:

т = (1а-1)/, (5.34)

где КQi и Ки -- коэффициенты, учитывающие влияние соответственно концентрации растворенного кислорода и дозы активного ила; Sn -- зольность ила, доли единицы; а -- доза активного ила, г/л; р -- удельная скорость окисления, мг; ВПК юлн на 1 г беззольного вещества или за 1ч.

В зависимости от состава очищаемых сточных вод в окситенках оптимальная концентрация кислорода в воде составляет 10-12 мг/л, а доза ила -- 7-10 г/л.

Бытовые сточные воды поступают в усреднитель, а затем в отстойник. После осветления воду направляют в смеситель, где смешивают с производственной сточной водой, поступающей из отстойника. Далее смесь бытовых и промышленных вод поступает в аэротенк. После отделения активного ила во вторичном отстойнике, сточные воды обезвреживают хлором, затем сбрасывают в водоем или направляют для использования в производстве.

Осадок из отстойников поступает в метантенки. Выделяемый в процессе сбраживания газ из метантенков направляют на сжигание в котельню.

Г лава 3. А ппаратурное оформление

3.1 Биофильтр «Гринвей »

Биофильтр «Гринвей» может конструироваться с одноступенчатым септиком и в виде самостоятельного сооружения после двухступенчатого септика. На рис. 4.4 показан одноступенчатый септик с биофильтром. В нижней части биофильтра установлена ткань «Водоросль». Полиамидная ткань защищает входные отверстия на картридже биофильтра от заиливания. В картридже размещается фильтрующая загрузка. Материал и диаметр загрузки назначается по аналогии с капельным биофильтром. Можно использовать фильтрующие материалы из искусственных материалов. После септика и биофильтра эффект очистки соответствует сооружениям полной биологической очистки. При использовании двухступенчатого септика с отдельно расположенным биофильтром отмечается глубокая очистка сточных вод. Показатели загрязнений сточных вод приведены в табл. 5.6.

Рис. 5.4. Комплексное очистное сооружение «Осина»: 1, 11 - асбестоцементные трубы; 2 - пенопласт; 3 - лабиринт; 4 - пригруз; 5, 7 - полиэтиленовые трубы; 6 - перегородки; 8 - отверстие; 9 - железобетонный корпус; 10 - загрузка

Сооружение «Осина»

У сооружения «Осина» биофильтр является составной частью. Сооружение разработано в Европе и нашло применение в России. Конструкция выполнена из железобетона и состоит из двухсекционного анаэробного сооружения и биофильтра с керамзитовой загрузкой. Анаэробная очистка протекает без доступа кислорода. Подача сточной воды осуществляется под уровень воды. Первая ступень анаэробной очистки отделяется от второй перегородкой. В центре перегородки выполнено отверстие, через которое очищенная вода поступает на вторую ступень анаэробной очистки. На поверхности анаэробных сооружений формируется корка из всплывающих загрязнений, выносимых газами. Между второй септической камерой и биофильтром установлен сифон. Вода через сифон поступает на биофильтр. В биофильтре над загрузкой размещается сетка, которая препятствует всплытию керамзита. В нижней части биофильтра размещается дренаж, а выше - поддерживающий слой и далее - загрузка. Производительность установки - 800 литров в сутки. Площадь сооружения равна 2,5 м2. Установка размещается ниже и выше уровня земли. На рис. 5.4 приведена схема сооружения очистки «Осина». В табл. 5.7 приведены показатели качества очистки сточных вод.

Установка «Осина» может быть использована при последующей доочистке на полях подземной или поверхностной очистки сточных вод, но при соответствующем экологическом обосновании. Ожидать эффективной работы установки в зимний период невозможно из-за понижения температуры воды вследствие промерзания грунта. Данное сооружение нуждается в регулярном обслуживании. Авторы предлагают выгрузку осадка и замену биофильтра осуществлять один раз в 3 года, а это будет зависеть от условий эксплуатации.

3.2 Очистные сооружения «Биодиск»

Очистные сооружения «Биодиск» разработаны для численности населения 100, 350 и 1000 человек . Производительность станции очистки составляет 20, 70 и 200 м3/сут. Станция очистки располагается в утепленных укрытиях на поверхности земли. Сточная вода от жилой застройки поступает в подземную насосную станцию, где очищается от грубых загрязнений на решетке-контейнере. Вода погружными насосами подается в приемную камеру и далее - на тангенциальные песколовки, где происходит очистка от песка. Песколовки назначаются, если производительность станции превышает 100 м3 в сутки. Из песколовки сточные воды самотеком поступают в септик. Септик рассчитан на пребывание воды в течение 12…24 часов. В септике происходит очистка сточных вод от взвешенных веществ, органических и азотных загрязнений, фосфатов и СПАВ. Из септика очищенная вода через отверстия в нижней части корыта подается на «Биодиск», разделенный на пять или семь дисковых барабанов. Количество барабанов зависит от производительности станции очистки. Движение жидкости происходит поступательно, и сооружение работает как вытеснитель. Биопленка на барабанах размножается и отмирает. Отмирающая биопленка с очищенной водой выносится во вторичный отстойник. Во вторичном отстойнике биопленка оседает и периодически перекачивается с помощью погружного насоса в септик. Для удаления фосфора во вторичный отстойник вводят реагенты. Этот же насос используется во вторичном отстойнике и для рециркуляции очищенных стоков. Рециркуляция воды снижает концентрацию загрязнений, поступающих на установку «Биодиск», позволяет регулировать ее качество и подвергает денитрификации нитраты. В дневное и ночное время рециркуляция обеспечивает непрерывную работу очистных сооружений. Для доочистки сточных вод применяется биореактор, загруженный ершами. Подача воздуха к ершам осуществляется эжектором. В эжектор сточные воды подаются погружным насосом, который установлен в емкости биореактора. Регенерация ершей осуществляется интенсивной подачей воздуха. Загрязнения, формируемые в биореакторе, перекачиваются погружным насосом в септик. Очищенная вода обеззараживается на установке УФ-облучения и сбрасывается в водоем. Осадок из септика удаляется периодически один раз в 6…12 месяцев в илоупнотнитель. Вода из илоуплотнителя возвращается в септик, а осадок подогревается до температуры 70 °С, что обеспечивает разрушения яиц гельминтов и частичное удаление патогенной микрофлоры. Обработанный осадок может храниться на иловых площадках или вывозиться на свалку.

Объединение на установке «Биодиск» септика, дискового биофильтра и вторичного отстойника не является оптимальным, так как нарушается гидравлическая схема работы дисковых биофильтров малой производительности, что приводит к нарушению очистки. Работа септика зависит от расхода и концентраций загрязнений сточных вод, количества рециркулируемой воды и воздействия на воду продуктов перегнивания.

3.3 Затопленные биофильтры

Двухступенчатый затопленный биофильтр ФЗД представляет собой две ступени безнапорных фильтров, загруженных различными зернистыми загрузками.

Первая ступень биофильтра ФЗД работает в режиме затопленного биофильтра. Высота керамзитовой недробленой загрузки (диаметр загрузки 2-10 мм) составляет 2,2 м. Снизу через водяную дренажную дырчатую распределительную систему подается сточная вода, а через воздушную - воздух для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов. Воздух подается на биофильтр ФЗД от воздуходувки в количестве З м3 на 1 м3 сточных вод. Фильтруясь снизу вверх через керамзитовую загрузку с нарощенной на ней биопленкой, частично очищенные сточные воды, отражаясь от струенаправляющего устройства, через водослив переливаются в открытый гидравлический канал, соединяющий первую ступень биофильтра ФЗД со второй ступенью. Затем очищаемая жидкость по распределительному желобу, один конец которого врезан в открытый гидравлический канал, поступает на биофильтр второй ступени фильтра ФЗД, который в зависимости от вида сточных вод и требуемой глубины очистки может загружаться различными фильтрующими материалами: керамзитом, цеолитизированным туфом, активированным углем или другими фильтрующими материалами. Высота загрузки второй ступени биофильтра ФЗД - 1 м, диаметр загрузки может изменяться в широких пределах: от 0,63 до 5 мм в зависимости от требуемой степени очистки, направление фильтрации - сверху вниз. Отвод очищенной воды с биофильтра второй ступени ФЗД производится через сифон для поддержания минимального уровня воды в начале фильтроцикла. Перед второй ступенью можно вводить окислитель: хлор, озон и др. Если перед второй ступенью фильтра ФЗД окислитель не вводится, вторая ступень работает в режиме затопленного биофильтра.

Обратная водовоздушная промывка осуществляется поэтапно: на первом - продувка воздухом интенсивностью 5-7 л/(с·м2) в течение 2-3 мин, на втором - совместная подача воздуха (той же интенсивностью) и воды (интенсивностью 5-6 л/(с·м2) в течение 5 мин, на третьем - промывка интенсивностью 14-16 л/(с·м2) в течение 5 мин, для этого используется очищенная вода, хранящаяся в специальном резевуаре. Грязная вода собирается в отдельной емкости, оборудованной простейшей системой аэрации для поддержания биопленки во взвешенном состоянии. Равномерная подача промывных вод из резервуара в «голову» очистных сооружений способствует повышению эффекта отстаивания на 20-30 %. Образующийся осадок (0,2-0,4 % от объема обрабатываемой воды) представляет собой смесь сырого осадка и биопленки в соотношении примерно 4:1.

Биофильтр ФЗД (табл. 5.8) по сравнению с биофильтром «оксипор» позволяет использовать различные виды загрузок на первой и второй ступенях с различными диаметрами, применять различные виды окислителей перед второй ступенью.

Рис. 2. Затопленный безнапорный биофильтр: 1 - первая ступень биофильтра, 2 - вторая ступень биофильтра; 3 - камера; 4 - водослив; 5 - струенаправляющее устройство; 6 - распределительные желоба; 7 - трубчатый дренаж; 8 - сборный дренаж осветленной воды второй ступени; 9 - воздушный трубчатый дренаж

Затопленные биофильтры могут быть использованы при соответствующем обосновании.

3.4 Биофильтры Matala

Выпускаются шесть плотностных разновидностей материалов «Matala®» как в форме плоских листов, так и в рулонах («R-Matala®»), причем четыре из этих разновидностей предназначены для садоводства и разведения декоративных пород карпов.

По существу, такие плотностные разновидности разрабатывались для их использования в качестве комбинированных материалов по принципу «прогрессивной фильтрации«; ниже приведены увеличенные изображения этих четырех разновидностей.

В случае использования для фильтрации воды в садоводстве в отстойных или отсадочных баках более приемлемы разновидности материала «Matala®» с низкой плотностью, а для биофильтров лучше подходят другие плотностные разновидности материала «Matala®».

Данные четыре плотностные разновидности материала «Matala®» обладают особой поверхностью фильтрующего материала представлена полипропиленовыми волокнами, имеющими определенную форму и объединенными в матрицу с превосходным трехмерным распределением.

В результате, этот фильтрующий материал обладает очень большим «свободным объемом» - до 94% (у керамзита или гравия - лишь 30%), так что вода может течь по материалу очень равномерно, без завихрений и колебаний плотности потока.

Поскольку фильтрующий материал «Matala®» более стойкий, он обладает некоторыми особыми преимуществами при установке и очистке: При установке «Matala®» в фильтры не требуются сетки для дополнительной поддержки.

Резка материала очень проста. Можно использовать большой кухонный нож без зубцов или кольцевую пилу для резки на месте.

Очистка материала - работа стала существенно чище и выполняется гораздо проще и быстрее, чем очистка других губок. Вымойте на месте или сполосните грязь с материала «Matala®» путем простого опускания и поднятия его из воды.

Если материал засорен слишком большим количеством твердой взвеси или водорослей, их можно удалить струей из шланга.

В фильтрационном материале «Matala®» в складках и местах соединения волокон созданы многочисленные поровые пространства. При прохождении этих пространств водный поток замедляется, образуя идеальную среду для первичного прикрепления и роста нитрифицирующих бактерий, формирующих тонкую биопленку.

Если различные разновидности материала «Matala®» установить последовательно, то взвешенные частицы и бактериальные хлопья будут очень легко захватываться без образования засоров и анаэробных зон.

При использовании метода последовательной фильтрации материал «Matala®» можно устанавливать в многокамерных фильтрах в качестве «уплотняющего» агента. Можно заполнять и эффективно использовать всю площадь или диаметр фильтрационных камер. В системах с картриджами в виде сот следует устанавливать другие типы фильтрационного материала во избежание засорения и блокировки фильтра.

В результате при одинаковых условиях эксплуатации фильтры с материалом «Matala®» обладают большей производительностью и эффективностью по сравнению с фильтрами, в которых используются другие материалы.

З аключение

Биофильтры с капельной фильтрацией имеют низкую производительность, но обеспечивают полную очистку. Гидравлическая нагрузка их равна 0,5-3 м3/(м2-сут). Их используют для очистки вод до 1 ООО м3/сут при БПК не более 200 мг/л. Высоконагружаемые биофильтры работают при гидравлической нагрузке 10-30 м3/(м2сут), т.е. очищают в 10-15 раз больше сточной воды, чем капельные. Однако они не обеспечивают полную биологическую очистку.

Для лучшего растворения кислорода производят аэрацию. Объем воздуха, подаваемого в биофильтр, не превышает 16 м3 на 1 м3 сточной воды. При БПК 300 мг/л обязательна рециркуляция очищенной воды.

С писок использованных источников

1. Архипченко И.А., Орлова О.В., Лихачев Ю.М., Федашко М.Я. Получение высококачественных биокомпостов // Экология и промышленность России, июль 2000, с.16.

2. Багрянцев Г.И., Малахов В.М., Черников В.Е. Термическое обезвреживание и переработка промышленных отходов и бытового мусора // Экология и промышленность, март 2001 г.

3. Бикбау М.Я. Новые подходы к переработке ТБО // Экологический вестник России, декабрь 2006 г.

4. Вайсман Я.И., Рудакова Л.В., Нурисламов Г.Р. Использование биотуннелей в технологии компостирования биологических отходов // Экология и промышленность, июнь 2001 г.

5. Галицкая И.В. Экологические проблемы обращения и утилизации бытовых и промышленных отходов // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология, 2005, № 2, с. 144-147.

6. Марьин В.К., Кузнецов Ю.С., Белоусов В.В., Калашников Д.В. Технологические основы переработки отходов: Учебное пособие. - Пенза: ПГУАС, 2004. - 204с.

7. Пальгунов П.П., Сумароков М.В. Утилизация промышленных отходов. - М.: Стройиздат, 1990. - 352 с.

8. Семенов В.Н. Современный комплекс для переработки бытовых и промышленных отходов // Технология машиностроения, 2005, № 1.

9. Сметанин В.И. Защита окружающей среды от отходов производства и потребления. - М.: КолосС, 2003. - 230с.

10. Спасибожко В.В. Основы безотходной технологии: Учебное пособие. - 2-е изд. - Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2001. - 132с.

11. Федеральный закон 89 - ФЗ «Об отходах производства и потребления» от 24.06.98. (Собрание законодательства, 1998, №26)

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Состав сточных вод. Характеристика сточных вод различного происхождения. Основные методы очистки сточных вод. Технологическая схема и компоновка оборудования. Механический расчет первичного и вторичного отстойников. Техническая характеристика фильтра.

дипломная работа , добавлен 16.09.2015

Применение механической очистки бытовых и производственных сточных вод для удаления взвешенных веществ: решеток, песколовок и отстойников. Сооружения биологической очистки и расчет аэротенков, биофильтров, полей фильтрации и вторичных отстойников.

курсовая работа , добавлен 25.04.2012

Расчет необходимой степени очистки сточных вод по взвешенным веществам, биологического потребления кислорода и активного кислорода. Выбор технологической схемы очистки. Определение количества песка, задерживаемого в песколовке. Расчет системы аэрации.

курсовая работа , добавлен 24.06.2014

Определение концентрации загрязнений сточных вод. Оценка степени загрязнения сточных вод, поступающих от населенного пункта. Разработка схемы очистки сточных вод с последующим их сбросом в водоем. Расчет необходимых сооружений для очистки сточных вод.

курсовая работа , добавлен 09.01.2012

Эффективность процесса биохимической очистки сточных вод, концентрация активного ила. Использование технического кислорода для аэрации. Биоадсорбционный способ биологической очистки. Использование мутагенеза, штаммов и адаптированных микроорганизмов.

контрольная работа , добавлен 08.04.2015

Физико-химическая характеристика сточных вод. Механические и физико-химические методы очистки сточных вод. Сущность биохимической очистки сточных вод коксохимических производств. Обзор технологических схем биохимических установок для очистки сточных вод.

курсовая работа , добавлен 30.05.2014

Характеристика современной очистки сточных вод для удаления загрязнений, примесей и вредных веществ. Методы очистки сточных вод: механические, химические, физико-химические и биологические. Анализ процессов флотации, сорбции. Знакомство с цеолитами.

реферат , добавлен 21.11.2011

Общая характеристика проблем защиты окружающей среды. Знакомство с этапами разработки технологической схемы очистки и деминерализации сточных пластовых вод на месторождении "Дыш". Рассмотрение методов очистки сточных вод нефтедобывающих предприятий.

дипломная работа , добавлен 21.04.2016

Внедрение технологии очистки сточных вод, образующихся при производстве стеновых и облицовочных материалов. Состав сточных вод предприятия. Локальная очистка и нейтрализация сточных вод. Механические, физико-химические и химические методы очистки.

курсовая работа , добавлен 04.10.2009

Описание и принцип действия песколовок. Расчет первичных отстойников, предназначенных для предварительного осветления сточных вод. Азротенки-вытеснители для очистки сточных вод. Выбор типа вторичных отстойников, схема расчета глубины и диаметра.

Для начала необходимо разобраться с тем, что представляет собой биологический фильтр. Итак, биофильтр – это специальных резервуар, который обеспечивает фильтрацию сточных вод посредством специального загрузочного материала, покрытого биологической пленкой, состоящей из колоний различных микроорганизмов.

Следует отметить, что непрерывная вентиляция атмосферного воздуха через загрузку фильтра возможно за счет разницы в температурах между сточными водами и воздухом. Именно так обеспечивается тот уровень концентрации кислорода, который необходим для жизнедеятельности микроорганизмов.

Какие бывают биофильтры?

Одной из важнейших составных частей биофильтра можно считать загрузочный материал. По его типу все биофильтры для очистки сточных вод можно разделить на:

1. Фильтры с объемной нагрузкой (для них характерно широкое использование щебня прочных горных пород, гальки, шлака и керамзита);

2. Фильтры с плоскостной нагрузкой (в данном случае необходимо применения пластмасс, которые способны выдерживать температуру 6-30 градусов по Цельсию, и при этом не потерять свою прочность).

Также биофильтры можно классифицировать на:

1. Двухступенчатые, которые могут обеспечить высокую степень очистки сточных труб в том случае, когда увеличить высоту устройства невозможно;

2. Биофильтры с капельным типом фильтрации. Хоть они и обладают низкой производительностью, но именно данный вид может обеспечить полную очистку вод.

Для всех биофильтров, независимо от их конструкции, характерно наличие следующих составных частей:

1. Фильтрующая нагрузка, которая также является телом фильтра. Она состоит из щебня, керамзита, гравия, шлака и пластика. Обычно она помещается в специальном резервуаре, стенки которого как водопроницаемы, так и водонепроницаемы;

2. Водораспределительное устройство, которое обеспечивает равномерность орошения сточными водами поверхности загрузки биологического фильтра;

3. Дренажное устройство, с помощью которого происходит удаление сточной воды;

4. Воздухораспределительное устройство, которое обеспечивает бесперебойное попадание в систему биофильтра потоков воздуха, с участием которого происходит окислительный процесс.

Также несколько слов необходимо сказать и о биопленке, которая способствует разложению органических веществ для их дальнейшего использования в качестве дополнительного источника энергии м питания. Омертвевшая биопленка в процессе дальнейшей эксплуатации биофильтра отслаивается, смывает протекающей сточной водой и в дальнейшем выносится из оборудования для очистки сточных вод. Для того, чтобы обеспечить загрузку биофильтра, к использованию рекомендуются материалы, характеризующиеся высокой пористостью, малой плотностью и высокой удельной поверхностью. К ним, в первую очередь, относятся щебень, шлак, керамзит, гравий, металл и различные пластиковые сетки, которые обычно скручивают в специальные рулоны. Также следует отметить, что функции биопленки идентичны функциям активного ила: она успешно адсорбирует и перерабатывает биологические вещества, находящиеся в сточных водах.

Механизм действия биофильтра

После того, как сточные вода прошли свою первичную механическую очистку в отстойнике, где удаляются тяжелые фракции загрязняющих веществ, они попадают в секцию биологической очистки. Она осуществляется следующим образом: загрязненная вода при прохождении через фильтрующую нагрузку оставляет на ней все примеси, которые не смогли образовать осадок на уровне первичного отстойника. Также на ней остаются различные коллоидные и растворенные органические вещества, которые сорбируются биологической пленкой.

Далее колонии микроорганизмов, которые питались веществами органического происхождения, получают новый источник энергии для продолжения своей жизнедеятельности. Часть органических веществ будут использованы микроорганизмами как материал для увеличения их численности. Так обеспечивается одновременно и очистка сточных вод, и рост численности микроорганизмов в колонии. Кислород, без которого невозможен данный биохимический процесс, поступает в загрузку путем естественной и искусственной вентиляции фильтра.

На эффективность очистки сточных вод с помощью биофильтра оказывают влияние следующие факторы:

Биологическая потребность в кислороде (БПК) сточной воды, которая проходит процесс очищения;
Природа загрязнения веществ;
Скорость окислительных реакций;
Интенсивность дыхания микроорганизмов;
Толщина используемой биопленки;
Состав веществ, обитающих в биопленке;
Температура сточных вод, которые проходят через биофильтр.

Капельные биофильтры

Данный вид биофильтров характеризуется тем, что сточная вода подается в виде капель или струй. Для обеспечения вентиляции воздуха предусмотрены открытая крыша фильтра для очистки сточных вод и дренаж. Такой вид биофильтров характеризуется низкой нагрузкой по воде.

Принцип работы капельных биофильтров следующий: после прохождения сточной воды через первичный отстойник, она осветляется и поступает в распределительное устройство, из которого она периодически напускается на поверхность биофильтра. Вода, профильтрованная при помощи биофильтра, попадает в дренаж, откуда вытекает к специальным отводным лоткам, расположенным за пределами устройства. После этого вода попадает во вторичные отстойники, где происходит отделение выносимой пленки от уже очищенной воды.

Следует отметить, что если сделать нагрузку на поверхность биофильтра выше допустимой, то поверхность биофильтров данного вида быстро заиливается, что приводит к ухудшению их работы. Также капельные биофильтры чаще всего проектируются круглой или прямоугольной формы, со сплошными стенками и двойным дном. Верхнее дно изготавливается в виде колосниковой решетки, а нижнее является сплошным. Расстояние между доньями равно 0,6 метров, что дает возможность специалистам периодически проводить осмотр устройства.

Высоконагружаемые биофильтры (аэрофильтры)

Главное отличие данного вида биофильтров от капельных в первую очередь состоит в повышенной окислительной мощности. Она в первую очередь обусловлена лучшим обменом воздуха и неспособностью загрузки заиливаться. Это достигается с помощью использования специального загрузочного материала с показателем крупности, равным 40-70 мм, а также увеличением высоты работы нагрузки и ее гидравлики.

Материалом загрузки чаще всего выступают антрацит, песок, сланец, пемза, обычных диаметр частиц которых колеблется от 4 до 8 миллиметров. По направлению потока сточной воды, которая подверглась обработке, биофильтры делятся на восходящие и нисходящие. Фильтрование сточных вод достигается за счет рециркуляции допустимой смеси поступающей и циркулируемой сточной воды, которая подается в биофильтр.

Для чего используется плоскостная загрузка в биофильтрах?

В первую очередь, она обеспечивает пропускную способность биофильтров, пористость которой увеличивается до 70-90 %. Следует отметить, что биофильтр с плоскостной загрузкой чаще всего устанавливают в помещении. Также многие специалисты уже давно установили, что качество очищенной воды с помощью биофильтра данного типа практически приравнивается к качеству очищенной сточной воды, которая была достигнута с помощью специальных установок, которые обеспечивают полное биологическое окисление с активным илом.

У данного метода есть один недостаток: фильтрация сточных вод происходит по причине необходимости 20-кратной рециркуляции. Это объясняется тем, что снабжение кислородом осуществляется по причине насыщения ем жидкости в период орошения загрузки биофильтра. Следует отметить, что биофильтры с плоскостной нагрузкой обладают большой производительностью и эффективностью, чем другие виды биофильтров.

Биологический фильтр - сооружение, в котором сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой, образованной колониями микроорганизмов. Биофильтр состоит из следующих основных частей:

а)фильтрующей загрузки (тело фильтра) из шлака, гравия, керамзита, щебня, пластмасс, асбестоцемента, помещенной обычно в резервуаре с водопроницаемыми или водонепроницаемыми стенками;
б)водораспределительного устройства, обеспечивающего равномерное с небольшими интервалами орошение сточной водой поверхности загрузки биофильтра;
в) дренажного устройства для удаления отфильтровавшейся воды;
г)воздухораспределительного устройства, с помощью которого поступает необходимый для окислительного процесса воздух.

Биофильтры - резервуары, в которых размещена инертная пористая загрузка, через которую сверху вниз просачивается сточная вода. Поверхность загрузочного материала обрастает биопленкой. Исходная вода равномерно распределяется по поверхности загрузки, а очищенная собирается в поддоне под загрузкой и отводится во вторичный отстойник для отделения от постоянно смывающейся с загрузочного материала биопленки.

Для задержания избыточной биопленки после биофильтров устанавливаются вторичные отстойники, в основном вертикального типа. Избыточная пленка из вторичных отстойников должна регулярно удаляться на обработку или иловые площадки, в противном случае загнивающий осадок ухудшает качество очищенной воды. В зависимости от режима работы биофильтра (капельный или высоконагружаемый) образуется разное количество избыточной биопленки: для капельных биофильтров - 8 г/(чел.сутки), для высоконагружаемых - 28 г/(чел.сутки). Влажность осадка, выгружаемого из вторичного отстойника, около 96%.

Биофильтры представляют собой железобетонные или кирпичные резервуары, заполненные фильтрующим материалом, который укладывается на дырчатое днище и орошается сточными водами. Для загрузки биофильтров применяют шлак, щебень, пластмассу и др. Очистка сточных вод в биофильтрах происходит под воздействием микроорганизмов, заселяющих поверхность загрузки и образующих биологическую пленку. При контакте сточной жидкости с этой пленкой микроорганизмы извлекают из воды органические вещества, в результате чего сточная вода очищается.

Классификация биофильтров.

Биофильтры классифицируются по различным признакам.

По степени очистки -на биофильтры, работающие на полную и неполную биологическую очистку. Высокопроизводительные биофильтры могут работать на полную или неполную очистку в зависимости от необходимой степени очистки. Малопроизводительные биофильтры работают только на полную очистку.

По способу подачи воздуха - на биофильтры с естественной и искусственной подачей воздуха. Во втором случае они часто носят название аэрофильтров. Наибольшее применение в настоящее время имеют биофильтры с искусственной подачей воздуха.

По режиму работы - на биофильтры, работающие с рециркуляцией и без нее. Если концентрация загрязнений в поступающих на биофильтр сточных водах невысока и они могут быть поданы на биофильтр в таком объеме, который достаточен для самопроизвольной его промывки, то рециркуляция стока не обязательна. При очистке концентрированных сточных вод рециркуляция желательна, а в некоторых случаях обязательна. Рециркуляция позволяет понизить концентрацию сточных вод до необходимой величины, так же как и предварительная их обработка в аэротенках - на неполную очистку.

По технологической схеме - на биофильтры одноступенчатые и двухступенчатые. Двухступенчатые биофильтры применяются при неблагоприятных климатических условиях, при отсутствии возможности увеличивать высоту биофильтров и при необходимости более высокой степени очистки.

По пропускной способности - на биофильтры малой пропускной способности (капельные) и большой пропускной способности (высоко-нагружаемые).

По конструктивным особенностям загрузочного материала - на биофильтры с объемной загрузкой и с плоскостной загрузкой.

Биофильтры с объемной загрузкой можно подразделить на: капельные биофильтры (малой пропускной способности), имеющие крупность фракций загрузочного материала 20-30 мм и высоту слоя загрузки 1-2 м;

высоко нагружаемые биофильтры, имеющие крупность загрузочного материала 40-60 мм и высоту слоя загрузки 2-4 м;биофильтры большой высоты (башенные), имеющие крупность загрузочного материала 60-80 мм и высоту слоя загрузки 8-16 м. Биофильтры с плоскостной загрузкой подразделяются на: биофильтры с жесткой загрузкой в виде колец, обрезков труб и других элементов. В качестве загрузки могут быть использованы керамические, пластмассовые и металлические засыпные элементы. В зависимости от материала загрузки плотность ее составляет 100-600 кг/м8, пористость 70-90%, высота слоя загрузки 1-6 м;биофильтры с жесткой загрузкой в виде решеток или блоков, собранных из чередующихся плоских и гофрированных листов. Блочные загрузки могут выполняться из различных видов пластмассы (поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, полистирол и др.), а также из асбестоцементных листов. Плотность пластмассовой загрузки 40- 100 кг/м3, пористость 90-97%, высота слоя загрузки 2-16 м. Плотность асбестоцементной загрузки 200-250 кг/м3, пористость 80-90%, высота слоя загрузки 2-6 м;биофильтры с мягкой или рулонной загрузкой, выполненной из металлических сеток, пластмассовых пленок, синтетических тканей (нейлон, капрон), которые крепятся на каркасах или укладываются в виде рулонов. Плотность такой загрузки 5-60 кг/м3, пористость 94-99%, высота слоя загрузки 3-8 м.

К биофильтрам с плоскостной загрузкой следует отнести и погружные биофильтры, представляющие собой резервуары, заполненные сточной водой и имеющие днище вогнутой формы. Вдоль резервуара несколько выше уровня сточной воды устанавливается вал с насаженными пластмассовыми, асбестоцементными или металлическими дисками диаметром 0,6-3 м. Расстояние между дисками 10-20 мм, частота вращения вала с дисками 1-40 мин-1.

Плоскостные биофильтры с засыпной и мягкой загрузкой рекомендуется применять при расходах до 10 тыс. м3/сутки, с блочной загрузкой- до 50 тыс. м3/сутки, погружные биофильтры - для малых расходов до 500 м3/сутки.

Преимущества биологического метода очистки - возможность удалять из сточных вод разнообразные органические соединения, в том числе токсичные, простота конструкции аппаратуры, относительно невысокая эксплуатационная стоимость. К недостаткам следует отнести высокие капитальные затраты, необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки, токсичное действие на микроорганизмы некоторых органических соединений и необходимость разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей.

Микробиологические основы процессов очистки серосодержащих сточных вод.

Принцип биологической очистки серосодержащих сточных вод основан на протекании биохимических окислительно-восстановительных процессов, осуществляемых микроорганизмами в процессе их жизнедеятельности с превращением разнообразных неорганических и органических соединений серы в безвредные малотоксичные продукты окисления.

Преимуществом биологического метода очистки является возможность удалять из сточных вод разнообразные органические соединения, в том числе токсичные. Так же преимуществом является простота конструкции аппаратуры, относительно невысокая эксплуатационная стоимость, экологичность. Очистка происходит по принципу дублирование одного из этапов биологического круговорота серы в природе.

Считается, что основную роль в биологическом круговороте серы играет 2 группы микроорганизмов:

-продуцирующие сероводород (к ним относится гнилостные, сульфатредуцирующие серо восстанавливающие бактерии)
-окисляющие сероводород и неорганические соединения серы

Сера является биогенным элементам с активным окислительно-восстановительным циклом и представлены разными по химической природе соединениями со степенью окисления от -2 до плюс +6. Поэтому существуют различные группы микроорганизмов, способных изъять все соединения серы из сточных вод. Подразделяется они в зависимости от используемого источника энергии, углерода и субстрата на соответствующие группы.

Способность к биологическому окислению или восстановленнию соединений серы присущи представителям всех систематических групп микроорганизмов, при этом бактерии легче других организмов адаптируются к использованию новых органических субстратов.

Среди микроорганизмов, активно окисляющих восстановленные неорганические соединения серы в природных и искусственных экосистемах, можно выделить следующие группы

- Тионовые бактерии видов в составе родов Thiobacillus, Themothrix, Thiomicrospira, Thiosphaera
- Серобактерии, представленные одноклеточными и многоклеточными формами, относящимся к родам Achromatium, Thiobacterium, Beggiota, Thiotrix, Thioploca
- Фотосинтезирующие пурпурный и зеленые серные бактерии, а также некоторые цианобактерии

Хемоорганогетеротрофные организмы: бактерии родов Bacillius, Pseudomoas, актиномицеты и гриббы

Серобактерии в природе широко распространенны и составляет гетерогенную группу, в которой они объединены по одному общему признаку - способности окислять восстановленный или частично окисленные неорганические соединения серы. Использование этого свойства привело к соединению в одной группе многих таксономически невзаимосвязанных родов. Различные группы серокисляющих бактерий отличаются друг от друга типом питания, физиологическими свойствами, и экологическими особенностями.

Среди бесцветных серобактерии встречаются фактически все известные формы клеток и типы подвижности. Рост представителей этой группы можно обнаружить при значении, рН почти во всем диапазоне от 1 до 10,5. Основные признаки, объединяющие бесцветных серобактерий следующие: все они грамотрицательные, аэробные формы, причем некоторое из них способны к денитрификации, являются хемолитотрофами. Бесцветные серобактерии могут быть обнаружены практически везде, где присутствует восстановленные соединения серы.

Тионовые бактерии в морфологическом отношении представляет весьма однородную группу, относительная коды Тhiobacillus.

Клетки палочковидные с закругленными концами, обладающие полярным жгутиком, нейтрофилы, могут расти при рН от 6 до 8, но не растут при значениях ниже рН 3. Могут использовать кислород или в анаэробных условиях нитрат или нитрид как терминальный акцептор электронов.

Некоторые виды в чистой культуры не могут вырасти в анаэробных условиях, участвуя в осуществлении процесса денитрификации, так как способны восстанавливать нитрат только до нитрита, который при накоплении токсичен. Тионовые бактерии, однако, будут активно расти в смешанной культуре с нитритвосстанавливающими микроорганизмами.

Большинство тионовых бактерий - это типичные автотрофы, которые осуществляют хемосинтез, то есть способность ассимилировать CO2 за счёт энергии, получаемой при окислении восстановленных соединений серы, то есть они не нуждаются в органическом источнике углерода, однако для развития некоторых видов одновременно с неорганическим донором электронов требуется органические соединения.

Вторая группа серобактерии обладает отличительным свойством откладывать капли сера внутрь клеток или непосредственно на их поверхности. Одноклеточные бесцветные серобактерии - крупные неподвижные (Acheromatium) и подвижные формы, передвигающиеся с помощью многочисленных перитрихальных (p. Thiovulum) или одного полярного жгутика (p. Macromonas). Нитчатые организмы представлены неподвижными или способными к скользящему движению (pp. Beggiatoa, Thioploca) формами, встречающимися, главным образом, в грязевых водоемах.

Серобактерии доминирует в местообитаниях с относительно низким содержанием сульфида и богатых органическим веществом, например, в микробных сообществах систем очистки бытовых сточных вод, приливно-отливные зонах морей и океанов.

Таким образом, тионовые или несерные и серные бактерии окисляют одни и те же соединения, при отсутствии сероводорода в окружающей среде окисляют серу до тиосульфатов и, далее, до сульфатов. Разница заключается в том, что тионовые бактерии откладывают образующуюся серу вне своих клеток, а истинные серобактерии накапливают внутри клеток.

Фотосинтезирующие пурпурные зеленые серные бактерии способны окисляет сероводород, сера, гипосульфит, сульфит и другие не вполне окисленные соединения серы, используя для этого энергию солнечных лучей. В составе их имеется пигмент бактериохлорофилл, аналогично хлорофиллу растений. У фотосинтезирующих бактерий донором водорода служит сероводород, а в свободном состоянии выделяется сера.

Данные бактерии могут строить свои клетки, используя в качестве единственного источника углерода углекислоту, которая не фиксирует через цикл Кальвина, обитают главным образом в водной среде. Но наружных биологической очистки эти бактерии обычно не встречаются, так как в этих условиях отсутствует один из двух необходимых им факторов: или свет, или анаэробные условия.

Также известны типичные хемоорганогетеротрофные микроорганизмы, участвующие в окислении сероводорода, молекулярной серы и тиосульфата. К их ислу относятся представители родов Bacillius, Pseudomonas, Achromobacter, а также актиномицетов, плесневых грибов, дрожжей. Некоторые из них, в частности, нитчатая многоклеточная бактерия Sphaerotilus natans. В присутствии сероводорода откладывает в клетку серу. Другие способны окислять тиосульфат до тетратионата (Na2S4O6). Отмечено также образование политионатов и сульфата при воздействии смешанных культур гетеротрофных микроорганизмов на элементарную серу. Хемоорганогетеротрофные организмы окисляют серу в присутствии органических веществ. Такое превращение представляется для них побочным процессом в главном направлении метаболизма. Окисление серы хемоорганогетеротрофными микроорганизмами идет довольно медленно и менее активно, при этом в качестве промежуточных продуктов образуется сероводород, метилмеркаптан, диметилсульфид, элементная сера.

При полном окислении соединения серы бактериями должны образовываться сульфаты. Однако в среде, где протекает окислительный процесс, постоянно обнаруживаются промежуточные продукты окисления. Схематически полный путь окисления сульфидов до сульфатов в нейтральной и слабощелочной среде может быть представлен следующим образом

S2- >S0 (S2-n) >S2O32->SmO62->SO32->SO42-

Где n=2-5, m=2-6

При полном окислении соединений серы бактериями должны образовываться сульфаты. Однако способности отдельных видов не вполне одинаковы. Следует учитывать, что не всегда легко установить, какие именно соединения сера окисляется биологическим путем, так как многие из них не устойчива при низком значении pH и могут также окисляться кислородом воздуха. Нередко окисление идет не до конца, и среде могут обнаруживаться различные не полностью окисленные продукты. Так при окислении сероводорода иногда образуются молекулярная сера, а также тиосульфата политионаты. Окисление тиосульфата также часто сопровождается образованием политионатов элементарной серы. Не все эти соединения являются результатом ферментативных процессов я не относится к промежуточным продуктам окисления бактериями исходного субстрата. Многие из них могут образоваться химическим путем или в результате побочных биологических реакций окисления микроорганизмами соединений серы до конца не изучены

Механизм окислительных процессов, вызываемых SR окисляющие бактериями, может быть представлен следующим реакциями

H2S + 1/2O2 >S + H2O2

H2S + 2O2 > H2SO4

2S + 3O2 + 2H2O> H2SO4
5Na2S2O3 + 2O2 + H2O > Na2SO4 + H2SO4 + 4S
2 Na2S2O3 + 1/2O2 + H2O2 > Na2S4O6 + 2 NaOH

Не исключено, что одного и того же организма могут функционировать различные пути окисления соединения серы, и значение того или иного зависит от условий среды и других факторов.

Энергия, выделяющаяся при окислении сульфидов и промежуточных восстановленных соединений серы до сульфата, аккумулируются в микроэргической связи АТФ. Это реакция расходуется на восстановление пиридиннуклеотида, который необходим для фиксации углекислого газа, а также на другие жизненные функции бесцветная бактерий. Ацидофильные нейтральные серые бактерии окисляют соединения серы различными путями. У некоторых ацидофильных видов промежуточным продуктом окисления серы является тетратионат, когда у некоторых нейтрофилов это может быть тиосульфата, которые далее гидролизуется до молекул серы и сульфита. Таким образом, превращения тиосульфата могут быть связаны с расщеплением до элементарной серы, а также окислением до тетратионата и превращением в тритионат и сульфит.

Рисунок Условная схема окисления соединения серы у нетрофильных бактерий Th. thioparus 1 - сульфидоксидоредуктаза; 2 - тиосульфатдегидрогиназа; 3 - серадиоксигиназа; 4 - сульфитоксидоредуктаза; 5-аденозинфосфоульфатредуктаза; 6 - АДФ-сульфурилаза

Окисление тиосульфата (S-SO3)2- и полисульфанов (S)n2- осуществляется с помощью S-оксигеназы, и превращается в сульфит через стадию образования промежуточного продукта эквивалентного элементарной серы. Тиосульфат стабилен преимущество при нейтральном и щелочных значениях рH.

Из политионатов наибольший биологический интерес представляет тритионат (S3O62-) и тетритионат (S4O62-) устойчивые в кислых условиях. При окислении тритионата тритионат-дегидрогеназой в числе прочих продуктов образуется тиосульфат.

2S3O62-+ H2O>S2O32- + [S] + SO42- + 2 H+

После чего он окисляется до тетратионатa с помощью тиосульфат дегидрогеназы. Ключевой промежуточный метаболит, тетратионат, расщепляется тетратионатгидролазой, в результате чего регенерируются тиосульфат и образуется элементарная сера

S4O62-+ H2O>S2O32- + [S] + SO42- + 2 H+

Таким образом, механизм окисления восстановленных соединений серы до сульфатов является достаточно сложным и в настоящее время до конца не изученным. Химические и бактериальные пути являются многоступенчатыми, и расшифровка природы промежуточных продуктов окисления восстановленных соединений серы представляется достаточно сложным в силу двойственной природы процессов окисления и невозможности исключить многие побочные реакции, учитывая, что соединение серы не устойчива при низком значении паше могут также окисляется кислородом воздуха.

Следует отметить, что популяция бактерий, окисляющие восстановительной соединение серы, из-за особенности их конструктивного обмена и низкой скорости разложения медленной регенерируется и поэтому является наиболее уязвимым звеном сообщества микроорганизмов биологических очистных сооружений.

Процессор окисления путем иммобилизации микроорганизмов

Анализ по экологии тионовых бактерий в сооружениях водоотведения и особенностей интенсификации биологической очистки сточных вод в биосорбционных установках позволяет предположить, что одним из условий стабильности и активности процессов биоокисления может служить иммобилизация микроорганизмов. Иммобилизация значительно повышает устойчивость сероокисляющих бактерий к стрессовым воздействиям за счет более высокой плотности популяции, а также интенсифицирует биоокисление токсичных примесей в составе сточных вод, что улучшает качество очистки.

На практике наиболее распространённым очистным сооружением с иммобилизованной биомассой является биологический фильтр. Процессы окисления, происходящие в биофильтрах аналогичных процессам, происходящих в других сооружениях биологической очистки, и в первую очередь на полях орошения и полях фильтрации. Однако в биофильтры эти процессы протекают значительно интенсивнее.

Иммобилизованные клетки приобретает свойства, не характерные для них в свободном состоянии. и сохраняют стабильную, активность и жизнеспособность в течении длительного времени, не подвергаются химической модификации. Использование нативной биомассы микроорганизмов характеризуется достаточно коротким сроком хранения. При длительном хранении в суспензии неизбежно происходит снижение численности микроорганизмов, при этом отмечено снижение титра клеток окисляющей активности микроорганизмов.

Разработка способов очистки сточных вод требует решения двух задач: освобождение воды от загрязняющих веществ, а также от суспендированных микроорганизмов. Обе задачи эффективно решаются при использовании иммобилизованной микрофлорой и фауны.

Что такое биологический фильтр? Он имеет резервуар специальной формы, в котором очищаются сточные воды с применением биологических материалов — оболочка из разных микроорганизмов.

Во время очистительных работ происходит постоянная циркуляция воздуха благодаря температурной разнице атмосферы и очищаемой воды. Вентиляция является обязательным условием поддержания жизни – обеспечение микроорганизмов кислородом.

Классификация биофильтров

В биологических фильтрах предусмотрены разные материалы для загрузки. Выделяют:

Биофильтры с объемной нагрузкой. Они содержат горный щебень, керамзит, гальку и т.д.
Фильтры плоской нагрузки. Используются прочные пластмассы, работающие в температурном диапазоне от 6 до 30 градусов.

По используемой технологической схемы выделяют:

Фильтры с двумя ступенями очистки, которые выдают высокоочищенную воду. Их применяют при ограничении высоты устройства или при неблагоприятном климате.
Биофильтры с одной ступенью очистки.

По степени очистки биофильтры бывают:

с полной очисткой;
с неполной очисткой.

В зависимости от способа подачи воздуха биофильтры делятся:

с естественной циркуляцией воздуха;
с искусственной воздушной подачей.

Различают два режима работы биологических фильтров:

рециркуляционны — высококонцентрированная вода подается небольшими порциями для более эффективной очистки;
без рециркуляции – при низком загрязнении воды.

В зависимости от пропускной способности классифицируются на:

капельные — с малой пропускной способностью;
высоконагружаемые.

Биофильтры с объемной нагрузкой

Их принято разделять на:

Капельные, которые характеризуются малой производительностью. Зернистость тела загрузки будет 20-30 миллиметров при двухметровой высоте слоя.
Высоконагружаемые с размером загрузочного материала 40-60 миллиметров и четырехметровый слой.
Башенные биофильтры имеют большую высоту – 16 метров, а зернистостью 40-60 миллиметров.

Биофильтры с плоской загрузкой

Жесткая нагрузка обеспечивается кольцами, частями труб и подобными элементами. В бак засыпают крошку из металла, керамики или пластмассы. Их плотность доходить до 600 кг/м 3 , пористость материалов от 70%. Очищающий слой доходит до шести метров.
Жесткая нагрузка с блочной или решетчатой нагрузкой. Блоки изготавливают из асбестовых листов (плотность до 250 кг/м 3 , пористость от 80%, шесть метров загрузки) или некоторых разновидностей пластмасс (плотность от 40 до 100 кг/м 3 , пористость от 90%, фильтрующий слой до 16 метров).
Рулонная или мягкая нагрузка создается сеткой из металла, синтетическими тканями, пленкой из пластмассы. Загрузку выкладывают рулонами или закрепляют на каркас. Плотность до 60 кг/м3, пористость от 95% при высоте загрузки до 8 метров.
Биофильтры для погружения – резервуары с вогнутым днищем. Диски из пластмассы, металла или асбеста монтируются выше уровня очищаемых вод. Диски расположены 10-20 миллиметров друг от друга, их диаметр – 06-3 метра. Вал вращается с частотой до 40 мин -1 .

Засыпная и мягкая нагрузка используется при максимальном расходе 10 000 м 3 /сутки, блочная нагрузка – 50 000 м 3 /сутки. Погружные биофильтры эффективны при низких нагрузках.

Схема работы фильтра

Подача водной массы осуществляется капельным или струйным методом. Воздух проходит через дренаж фильтра или забирается с поверхности. Предварительно очищенная сточная вода с невысокой концентрацией загрязнений сама течет в распределитель, который порциями подает ее на поверхность загрузочной массы. Далее вода идет в систему дренажа, а оттуда на водные лотки за границами биологического фильтра. Во втором отстойнике удаляется биопленка.

Капельные биофильтры характеризуются низкой органической нагрузкой. Что бы вовремя очистить тело фильтра от мертвой биопленки, используют гидравлическую нагрузку.

Должно быть обеспечено равномерное орошение всей загрузки биофильтра. Это необходимо для исключения возникновения повышенной или пониженной гидравлической нагрузки.

Капельные фильтры почти невозможно регулировать под изменения внешних условий. При эксплуатации следят за показателями загрязненности и состоянием биофильтров. Очистка загрузки имеет высокую стоимость – используют полную ее замену. В биофильтр должна поступать сточная вода с количеством взвешенных частиц менее 100 мг/л.

При эксплуатации важным является аэрация фильтра. Концентрация кислорода не должна снижаться за 2 мг/л. Необходимо обеспечить периодическую очистку полости под дренажем и над днищем.

Капельный биологические фильтры плохо переносит зимой ветер. Для эффективной работы предусматривают противоветровую защиту. Неоднородная нагрузка приводит к заболачиванию фильтра, которая ликвидируется заменой загрузки. Работу нарушают и посторонние предметы в загрузочной массе и дозирующих баках.

Высоконагружаемые биофильтры

Этот тип фильтров имеет повышенный воздухообмен и, соответственно, окислительную способность. Обеспечивается повышенный обмен воздуха крупной фракцией загрузки и повышенной водонагрузки.

Очищаемые воды двигаются с большой скоростью и выносят трудноокисляемые вещества и отработанную биопленку. Кислород расходуется на оставшиеся загрязнения.

Высоконагружаемые биофильтры имеют высокий загрузочный слой, повышенную зернистость дренажа и днище особой формы для обеспечения искусственной циркуляции воздуха.

Промывка фильтра будет происходить только условиях постоянного беспрерывного и высокой подаче воды.

Высота массы загрузки прямо пропорциональна эффективности биофильтра.

В состав биологических фильтров могут входить:

тело фильтра – фильтрующая загрузка, которая расположена в резервуаре, доступном для проникновения воды. Наполнители (пластмасса, шлак, щебень, керамзит и т.д.) должны иметь низкую плотность и повышенную поверхностную площадь;
устройство для распределения воды, позволяющее равномерно орошать фильтрующую загрузку грязной водой;
дренаж;
устройство распределения воздуха – подает кислород для окислительных реакций.

Окислительные процессы в биофильтрах схожи с орошением полей или как в сооружениях биологической очистки, но интенсивнее.

Схема работы биофильтра

Загрузочная масса очищает воду от нерастворенных примесей, которые остались после пройденных отстойников. Биопленка сорбирует растворенную органику. Микроорганизмы в биопленки живут за счет окисления органических веществ. Так же часть органики идет на увеличении биомассы. Происходит два эффективных действия: уничтожение ненужной органики из воды и увеличения биологической пленки. Поток сточной воды уносит с собой омертвевшую часть пленки. Кислород подается естественным и искусственным путем с помощью вентиляции.

Расчет биофильтров

Расчет производится для поиска эффективной толщины загрузочной массы и характеристик водораспределительного устройства, фракции дренажа и диаметра лотков, отводящих воду.

Эффективный размер загрузочной массы рассчитывают по окислительной мощности – ОМ. ОМ – это масса необходимого кислорода в сутки. На нее влияет температура воды и окружающей среды, материала загрузочной массы, типа загрязнения, способа воздухообмена и т.д. Если за год средняя температура менее 3 градусов, то биофильтр переносят в более теплое помещение с возможностью обогрева и пятикратной подачей свежего.

Часто используют следующий алгоритм:

Определяют коэффициент К как произведение БПК20 входящей и выходящей воды.
Из таблиц определить высоту фильтра и допустимую гидравлическую нагрузку, зависящая от среднезимней температуры окружающей среды и К.
Общая площадь определяется делением расхода входящей воды на гидравлическую нагрузку.

Высоконагружаемые биофильтры

Для них существует точная методика расчета:

Определяется допустимая концентрация загрязнения входящей воды: табличный коэффициент К умножается на БПК вышедшей воды.
Рассчитывается коэффициент рециркуляции по специальной формуле. Он равен частному двух разностей: БПК поступающей сточной воды минус ее допустимая концентрация и допустимая концентрация минус БПК очищенной воды.
Для определения площади фильтра берется произведение объема среднесуточной подачи воды, увеличенное на 1 отношение рециркуляционного расхода к расходу сточной воды и коэффициента с пункта 2. Все нежно разделить на допустимую нагрузку и температуру.

Существуют дополнительные методы расчета биологических фильтров, которые используют сложные формулы и дают более точные результаты.

Схема вентиляции биофильтра

Как уже упоминалось выше, биофильтры имеют два способа подачи кислорода: искусственный и естественны. Вид вентиляции зависит от климатических условий и типа фильтра.

Для высоконагруженных биофильтров используют вентиляторы с низким давлением — ЭВР, ЦЧ. Аэрофильтры нуждаются в искусственной вентиляции. При монтаже биофильтра в закрытом пространстве, так же предусматривают принудительную подачу воздуха в него.

Обеспечивают постоянную циркуляцию воздуха, так как перерывы могут поднять температуру до 60 градусов и вызвать плохие запах от разложения отработанной биопленки.

Биофильтр эффективно работает при температуре выше 6 градусов. Если вода будет меньшей температуры, то следует предусмотреть подогрев подаваемой воды.

Что бы в зимнее время фильтр не переохлаждался, устанавливают противоветровую защиту в виде купольного сооружения и снижают коэффициент неравномерности подачи сточных вод. Так же вводят ограничение по подаче холодного воздуха: на квадратный метр за час должно подаваться только 20 кубических метров. В вентиляционные решетки вставляют жалюзи, экраны из тканевых материалов.

Толщина биопленки оказывает влияние на равновесие в фильтре. Большая толщина может привести к прекращению потребления кислорода и начнется гниение. Наиболее распространено в капельных фильтрах.

Ранее считалось, что естественная подача кислорода происходит только благодаря разности температур. Сегодня доказано, что на естественную вентиляцию влияют диффузные процессы во время окислительно-восстановительных реакций.

Полная информация о биофильтрах для сточных вод. Установка биофильтров и биореактора для очистки сточных вод Очистка сточных вод в биофильтрах