УДК 628.16
, д. т.н., професор, Недашковський І. П. , асистент,
Ніколова Р. А., пр. доцент, Ісмаілова Н. П., асистент (Одеська державна академія будівництва та архітектури, м. Одеса)
БІОЛОГІЧНА ОЧИСТКА СТІЧНИХ ВОД З ВИКОРИСТАННЯМ
КАПРОНОВИХ НИТОК ТИПУ “ВІЯ” І ПІНОПЛАСТУ
Розроблена лабораторна установка, яка дозволяє провести наукові дослідження в області біологічного очищення стічних вод на фільтрах з волокнисто – пінопластовим завантаженням.
The laboratory setting, which allows conducting scientific researches in the region of the biological cleaning of sewer water, is developed on filters from fibred - by a foam plastic load.
Однією з основних задач наукових досліджень в галузі водного господарства є розробка економічних і ефективних способів очистки стічної води, тому що в наш час дуже актуальною є проблема охорони природних вод від забруднень. Зростання населення, розширення старих і виникнення нових міст значно збільшили надходження побутових стоків у внутрішні водоймища. Ці стоки стали джерелом забруднення річок і озер хвороботворними бактеріями і гельмінтами. У ще більшому ступені забруднюють водоймища миючі синтетичні засоби, широко використовувані в побуті. Вони знаходять широке застосування також в промисловості і сільському господарстві. Хімічні речовини, що містяться в них, поступаючи із стічними водами в річки і озера, роблять значний вплив на біологічний і фізичний режим водоймищ. В результаті знижується здібність вод до насичення киснем, паралізується діяльність бактерій, які мінералізують органічні речовини. Найбільш раціональним, ефективним і завдає найменше шкоди навколишньому середовищу - використання біологічних методів очистки стічних вод. В усьому світі приділяється велика увага біологічним методам очищення, тому, що стічні води мають органічний характер забруднень. Біологічні методи очищення стічних вод засновані на життєдіяльності мікроорганізмів - бактерій, простих, ряду вищих організмів, які мінералізують розчинені органічні сполуки, що є для мікроорганізмів джерелами живлення, при використанні, якого вони отримують все необхідне для їх життя - енергію і матеріал для конструктивного обміну (відновлення речовин клітки, що розпадаються, приросту біомаси). Біологічне очищення стічних вод може мати три стадії: анаеробну, аеробну та фільтрування. На закріпленому тонковолокнистому фільтрувальному завантаженні іммобілізація мікроорганізмів дає змогу використовувати анаеробні процеси на початкових етапах очищення, які економічні аеробних процесів і екологічно чистіші. Використання біологічних методів очистки частково вирішує проблему технічного водопостачання, для полива теплиць та присадибних ділянок. Зважаючи на особливу специфіку очистки малих кількостей стічних вод в умовах високої нерівномірності гідравлічних і органічних навантажень, змін складу і властивостей стічних вод, які надходять, стоїть задача, перш за все, на забезпечення високої якості очищеної води, безперебійної роботи установки при невеликих капіталовкладеннях і енерговитратах [1], [2], [3].
Нами запропоновано після первинного відстоювання біологічну очистку стічних вод здійснювати на установках з використанням волокнистого і пінопластового завантаження, основними спорудами в яких є два біореактора (БР) і контактний освітлювальний фільтр (КОФ). В біореакторі завдяки прикріпленим до волокнистого завантаження спеціальним мікроорганізмам здійснюється біологічне окислення домішок, що знаходяться у вхідній воді (органічні сполуки, тощо) і їх мінералізація з утворенням пластівців, що здатні випадати в осад та затримуватись в контактно-освітлювальному фільтрі. В контактному освітлювальному фільтрі відбуваються процеси освітлення і знебарвлення води при її висхідному русі через шари стиснутого в відфільтрованому просторі осаду і плаваючого пінопластового фільтрувального завантаження. При цьому відбувається очищення стічних вод без додавання, яких-небудь реагентів [4], [5], [6].
У даній установці контактно освітлюючий фільтр грає роль доочистки стічних вод біологічно очищених в анаеробному (4) і аеробному (6) біореакторах.
Виконаний аналіз наукових робіт показав, що для доочищення стічних вод необхідно використовувати такі фільтраційні споруди і установки, які не вимагають для своєї роботи великого тиску. Вибір цих споруд виконується в залежності від вимог до якості очищеної води, надійності роботи споруд та техніко-економічних показників.
Провідна роль в доочистці стічних вод належить процесу фільтрації через зернисті і інші типи завантажень.
За останній час поширення набув біосорбційний метод доочищення стічних вод, при якому забезпечується одночасне протікання двох процесів: сорбції забруднень переважно на завантаженні з активованого вугілля та їх наступного біоокислення органічної частини мікроорганізмами біоплівки, що утворюється і закріплюється на поверхні гранул вугілля.
Великий внесок у розробку і застосування біосорбційного методу для очищення стічних вод, технологічне моделювання біосорбційних процесів та розробку конструкцій водоочисних споруд зробили вчені: , Олійник О. Я., І., Таварткіладзе І. М., І., , Славінський А. С., , Шмельов І. П., , Хабіров Р. С., Яковлєв С. В., , та інші.
Лабораторна установка змонтована аспірантом Недашковським І. П. на станції біологічного очищення стічних вод «Північна» в м. Одесі, на якій очищаються переважно господарсько-побутові стічні води.
1
2
26 10
38
11 40 25
13
27 25
29 25
3 4
6 37
5 9
30 18
20
14 22 36
7 34 8
23
35 19
12
Рис.1. Схема лабораторної установці біологічного очищення стичної води
на фільтрах з волокнисто - пінопластовим завантаженням.
1 - подача початкової води; 2 – ємність постійного рівня; 3 – подача води в анаеробний біореактор; 4 – анаеробний біореактор; 5 – подача води в аеробний біореактор; 6 – аеробний біореактор; 7 – подача води в контактний освітлюючий фільтр (КОФ); 8 - контактний освітлюючий фільтр (КОФ); 9 – відведення очищеної води; 10 – пристрій поплавця для включення і відключення подачі води в ємність при відповідно мінімальному і максимальному рівнях; 11 – спорожнення ємності; 12 – відведення промивної води і осаду з анаеробного біофільтру; 13 – газовіддільник; 14 – волокнисте завантаження з капронових ниток типу «Вія»; 15 – подача повітря від компресора; 16 – повітророзподільна система; 17 – відведення промивної води і осаду з аеробного біофільтру; 18 – сітка утримує завантаження при роботі фільтру; 19 – сітка утримує завантаження при промивці фільтру; 20 – завантаження кульки пінопласті; 21 – відведення промивної води і осаду з КОФ; 22-23 – ревізії; 24 – подача повітря від компресора при промивці;. 25 – подача води на промивку; 26-40 – вентиля
Лабораторна установка складається з основних елементів: ємність постійного рівня (2), анаеробний біореактор (4), аеробний біореактор (6), контактно освітлюючий фільтр (8), волокнисте завантаження з капронових ниток типу «Вія» (14), завантаження кульки пінопласті (20), компресор, сполучні трубопроводи і затворна арматура.
Корпус ємності постійного рівня (2) виготовлен з пластмаси, місткістю 150 літрів. Ємність обладнана пристроєм поплавця, який контролює максимальний і мінімальний рівень води, включаючи і вимикаючи відповідно насос, падаючий стічну воду в ємність, що запобігає переливанню або повному спорожненню ємності, отже, на установку безперервно поступає витрата води, відрегульована вентилем № 28.
Корпуси біореакторів (4) і (6) виготовлені з пластмасової труби діаметром 200 мм і завдовжки 4 м. У них на відстані 1 м від верху труби встановлено волокнисте завантаження (14), прикріплене внизу і вгорі до колосникових решіток. Волокнисте завантаження типу «ВІЯ» складається з капронових ниток завдовжки 2 м, відстань між якими дорівнюється 4 мм в анаеробному біореакторі (4) і 7 мм в аеробному біореакторі (6).
Корпус КОФ виготовлений з металу і скла заввишки 2 м, прямокутної форми в плані із сторонами прямокутника 150 мм і 300 мм. КОФ був завантажений кульками пінопластів.
Анаеробний біореактор (4) і аеробний біореактор (6) обладнані контрольними п'єзометрами і кранами для відбору проб води.
Контрольні п'єзометри дозволяють контролювати рівень води в анаеробному біореакторі (4) і аеробному біореакторі (6). Підвищення рівня води в п'єзометрах в процесі роботи пов'язаного з поступовим збільшенням втрат натиску в біореакторах. На певній відмітці п'єзометри показують про необхідність виконати промивку відповідного біореактора і контактно освітлюючого фільтру (8).
Крани для відбору проб води розташовані до і після анаеробного біореактора (4), аеробного біореактора (6) і контактно освітлюючого фільтру (8). Крани дозволяють робити відбір проб для визначення за показниками, що цікавлять, ступінь очищення: анаеробного біореактора (4), аеробного біореактора (6) , контактно освітлюючого фільтру (8).
Дана установка проста в конструкції і не вимагає особливих зусиль при експлуатації. Матеріал, використаний як завантаження фільтрів, не міняє своїх властивостей під впливом стічних вод.
В процесі роботи установки, вентиль № 28 регулює подачу води, вентиль № 31 регулює подачу кисню від компресора, вентиль № 27 відкритий для випуску газу, вентиля № 26, 29, 30, 34, 36 – повністю відкриті, всі інші вентиля закриті.
Після запуску установки, на капронових нитках типу «ВІЯ» в анаеробному біореакторі (4) і аеробном біореакторі (6) поступово збільшується об'єм біомаси мікроорганізмів, що містяться в стічній воді. При збільшенні об'єму біомаси збільшуватиметься ефект очищення до певного значення. Після того, як ефект очищення досягне максимального значення можна вважати, що установка вже працює в заданому режимі.
Початкова вода поступає по трубі (1) в ємність постійного рівня (2), звідки вона поступає по трубі (3) в анаеробний біореактор (4) з постійною швидкістю (V = const), величина якої регулюється вентилем (28). З анаеробного біофільтру (4) по трубі (5) вода перетікає в аеробний біофільтр (6), звідки по трубі (7) вода поступає в КОФ. З КОФ очищена вода по трубі (9) може поступати на повторне використання в технічних потребах.
Рух води в анаеробному біореакторі (4) організований таким чином, що стічна вода піднімається від низу до верху з постійною швидкістю, проходячи через вертикально розташовані капронові нитки типу «ВІЯ». Очищення аеробне слідує за анаеробною стадією в аеробному біореакторі (6), де рух води організований таким чином, що стічна вода рухається вгорі вниз з постійною швидкістю, проходячи через вертикально розташовані капронові нитки типу «ВІЯ» і назустріч потоку від низу до верху відбувається насичення стічної води киснем. На капронові нитки типу «ВІЯ» в анаеробному біореакторі (4) і аеробному біореакторі (6) прикріплені спеціальні мікроорганізми, що здійснюють біологічне окислення домішок і їх мінералізація з утворенням пластівців, які здатні випадати в осад і затримуватися в контактно-освітлювальному фільтрі.
Рух води в контактному освітлюючий фільтрі організований таким чином, що стічна вода піднімається від низу до верху з постійною швидкістю, проходячи через шари стиснутого в відфільтрованому просторі осаду і плаваючого пінопластового фільтрувального завантаження, де протікають процеси біологічного окислення органічних забруднень, затримання зважених речовин, унаслідок чого відбувається освітлювання і знебарвлення води.
Під час промивки, початок якої визначає контрольний п'єзометр, необхідно закрити вентиль № 28 і по черзі промивати основні елементи установки.
При промивці і видаленні осаду ємності постійного рівня, необхідно закрити вентиль № 28, вентиль № 26 відкритий, наповнити ємність стічною водою і відкрити вентиль № 38 і по трубопроводу № 11 направити стічну воду і осад в каналізацію або в голову очисних споруд.
При промивці і видаленні осаду анаеробного біореактора (4), необхідно закрити вентиль № 28, вентиль № 26 відкритий, відкрити вентиля № 30 і № 40 і по трубопроводу № 25 поступить вода на промивку. Всі інші вентиля закрити. Наповнити біофільтр і відкрити повністю вентиль № 39 і по трубопроводу № 12 направити стічну воду і осад в каналізацію або в голову очисних споруд. Процедуру промивки повторити необхідну кількість разів, закриваючи і відкриваючи вентиль № 39, наповнюючи і зливаючи воду з біофільтру.
При промивці і видаленні осаду аеробного біореактора (6), необхідно закрити вентиль № 28, вентиль № 26 відкритий, відкрити вентиля № 29 і № 40 і по трубопроводу № 25 поступить вода на промивку. Повністю відкрити вентиль № 31 і по трубопроводу № 15 поступатиме максимальна витрата кисню від компресора. Всі інші вентиля закрити. Наповнити біофільтр і відкрити повністю вентиль № 32 і по трубопроводу № 17 направити стічну воду і осад в каналізацію або в голову очисних споруд. Процедуру водоповітряної промивки повторити необхідну кількість разів, закриваючи і відкриваючи вентиль № 32, наповнюючи і зливаючи воду з біофільтру.
При промивці і видаленні осаду контактно висвітлюючого фільтру (8), необхідно закрити вентиль № 28, вентиль № 26 відкритий, відкрити вентиля № 37 і № 40 і по трубопроводу № 25 поступить вода на промивку. Повністю відкрити вентиль № 35 і по трубопроводу № 24 поступатиме максимальна витрата кисню від компресора. Всі інші вентиля закрити. Наповнити КОФ і відкрити повністю вентиль № 33 і по трубопроводу № 21 направити стічну воду і осад в каналізацію або в голову очисних споруд. Процедуру водоповітряної промивки повторити необхідну кількість разів, закриваючи і відкриваючи вентиль № 33, наповнюючи і зливаючи воду з КОФ.
Водоповітряна промивка контактно освітлюючего фільтру (8), а також аеробного біофільтру (6) ефективніша, чим водяна промивка, оскільки при водоповітряній промивці зменшується час промивки і зменшується витрата води, що йде на промивку.
У випадку якщо заб'ється сітка № 18 або № 19 їх можна прочистити через ревізії № 22, 23 попередньо спорожнивши КОФ. А так само при необхідності через ревізії, можливо, проводити зменшення або збільшення слою пінопластового завантаження або повну її заміну.
Дана установка знайде широке застосування при очищенні господарсько-побутових стічних вод очисних станцій малої продуктивності.
1. І., І. Наукове обґрунтування, розробка і впровадження в практику нових біотехнологій очищення води. – Хімія і технологія води. – 1998. – т.20 №1 – с.61 – 67. 2. Хоружій П. Д., Чорнокозінський А. В., Хоружій стічних вод для підгрунтового зрошення на біофільтрах з плаваючим завантаженням // Водне господарство України, 2000 № 1-2. – с3. Кінетика висхідного фільтрування води на установках з волокнисто-пінополістирольним завантаженням // Вісник інженерної академії України № 2, 2004. – с.82-87. 4. , Хамад Іхаб Ахмад., Доочистка стічних вод на фільтрах з волокнисто-пенополістирольним завантаженням. // – К.: Товариство „Знання” України– з. 77 – 81. 5. , Хамад Іхаб Ахмад. Доочищення стічних вод на установці з волокнистим і пінополістирольним фільтрувальними завантаженнями // Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки: Науково-технічний збірник. Випуск 3 / Головній редактор О. Я.Олійник. – К.: КНУБА, 2004. – с6. Хамад Іхаб Ахмад, , Ніколова стічних вод на фільтрах з волокнисто-пенополістирольним завантаженням // Вісник ОДАБА. – Одеса, 2004, вип.13. – с.210-214.
