Основы биологической очистки промстоков ЦБП (стр. 6 )

Для промышленных сточных вод и, в частности, в ЦБП наибольшее распространение получила аэробная биологическая очистка в аэротенках и аэрируемых прудах. Этот метод используется на всех крупных предприятиях отрасли и является основным для вновь строящихся объектов.

Со времени первых успешных результатов аэробной очистки сточных вод активным илом, полученных Ардерну и Локкетом в 1913 − 1914 гг., предложено много различных технологических решений. Кроме модификаций системы одноступенчатой биологической очистки разработаны многоступенчатые схемы с использованием аэротенков и прудов.

Одноступенчатые системы биологической очистки. Все односту­пенчатые системы (где биоокисление реализуется в одном аппарате) подразделяют на 3 группы в зависимости от нагрузки на активный ил, задаваемой формулой:

  N =;  (2.1)

где  N  −  нагрузка на активный ил аэротенка, кг БПК5 /(кг·сут.); Q  −  суточный расход сточных вод, м3/сут.; .lo – БПК5 промстоков на входе аэротенка, кг БПК5 /м3; V  −  объем аэротенка, м3 , X  −  средняя концентрация ила в аэротенке, кг/м3.

Для систем неполной биологической очистки (другие названия −  высоконагружаемые аэротенки, "скоростная" очистка) нагрузка на активный ил превышает 0,6 кг БПК5/(кг·сут.). В системах  продленной аэрации (аэротенки с глубокой минерализацией ила) − N ≤ 0,1 − 0,2 кг БПК5/(кг·сут.). Для обычных систем полной биологической очистки − N = 0,2 − 0,4 кг БПК5/(кг·сут.).

Основные схемы одноступенчатой очистки в аэротенках приве­дены на рис.2.1. Кроме аэротенков, могут использоваться высоконагружаемые аэрируемые пруды с рециркуляцией активного ила. В этих сооружениях, имеющих более длительный, чем в аэротенках, период очистки (от 24 до 72 ч.), благодаря низкой концентрации активного ила (менее 0,5 кг/м3), нагрузка на активный ил и общие закономерности биологической очистки существенно не отличаются от таковых в аэротенках.

По действующим в ЦБП нормам (ВСН-13-76, СНиП 11-32-74), со­держание взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в аэро­тенк, не должно превышать 0,1 кг/м3. Обычно для обеспечения этого условия промстоки подвергаются механической очистке в первичных отстойниках, где при времени отстаивания около 2 часов достигается эффект осветления 60 − 80 %. Оседающие взвешенные вещества (первичный осадок) откачиваются насосами и поступают на дальнейшую переработку.  Биосорбционная схема (или биокоагуляция), при которой избыточный ил подается на вход первичного отстойника и затем удаляется вместе с первичным осадком, позволяет извлечь из сточной воды не только взвесь, но и часть мелкодисперсных взвешенных веществ,  не оседающих при свободном отстаивании (см. разд.1.5).

Рис. 2.1. Схемы односту­пенчатой биоло­гической очист­ки:

а − традиционная схема без регенерации ак­тивного ила,

б − схема с отдельной регенерацией,

в − биосорбционная схе­ма;

1 − первичный отстойник;

2 − аэротенк; 3 − вторич­ный отстойник; 4 − реге­нератор; 5 − исходная сточная вода; 6 − очи­щенная сточная вода, 8 − возвратный (рециркулируемый) активный ил; 8 − избыточный ил; 9 − пер­вичный осадок.

После первичных отстойников сточные воды проходят через узел нейтрализации и  добавки биогенных солей, усредняются в специальной аэрируемой емкости  (усреднителе − преаэраторе) и поступают в аэротенк.

По традиционной схеме (рис.2.1а) аэротенки работают без регенерации активного ила. Недостатком такой технологии является узкий диапазон изменения нагрузки на  активный ил. Выделение части объема аэротенка под регенератор (где поддерживается более высокая концентрация ила) (рис.2.1б) позволяет регулировать нагрузку в широком диапазоне и тем самым управлять физиологическим состоянием и седиментационными свойствами активного ила.

Согласно формуле (2.1), оптимальным способом регулирования нагрузки является изменение дозы ила. В схеме без регенератора доза ила в аэротенке составляет:

  Х = ;  (2.2)

где Q − расход возвратного ила, м3/сут.; Bo − концентрация взвешенных веществ в сточной воде на входе аэротенка, кг/м3; Хф − концентрация возвратного ила, кг/м3; ф = q /Q − коэффициент рециркуляции.

        В схеме с рециркуляцией:

  ;  (2.3)        

  V = Va + Vф;  ;  Ха =;  (2.4)

где Va, Vф − объемы собственно аэротенка и регенератора, м3; V − общий объем аэротенка, м3; − коэффициент регенерации (при выражении в % − называют процентом регенерации).

       Концентрация возвратного (рециркулируемого) ила, представляющая обычно 6…10 кг/м3, определяется способностью ила к уплотнению и характеристиками вторичных отстойников (временем пребывания ила в зоне уплотнения, конструкцией сооружений). Этот параметр нельзя рассматривать как управляемый, так как он сам зависит от нагрузки на активный ил.

       Из уравнений (2.1) – (2.4) следует, что в системах без регенерации управление нагрузкой для обеспечения оптимальных седиментационных характеристик активного ила может осуществляться только с помощью коэффициента рециркуляции, а в схеме с  регенерацией дополнительным управляющим параметром является коэффициент регенерации. На практике ф = 0,4 − 0,6, = 0 − 0,75. В схеме без регенерации  − Х = 1−3 кг/м3, с регенерацией  − Х = 1 − 6 кг/м3, т. е. может быть увеличена  примерно в 2 раза.

         Многоступенчатые системы биологической очистки. Предпосылкой создания  многоступенчатых систем послужила наблюдаемая в результате многочисленных исследований видовая специфичность биоценозов, развивающихся  на исходной и прошедшей биологическую очистку сточной воде. Так, в активном иле обычных одноступенчатых аэротенков количество бактерий, растущих на щелочном лигнине, составляет 10 − 100 мг/кг ила, а в активном иле, развивающемся на биологически очищенной (на 90 − 98 %  по БПК5) сточной воде их количество возрастает в 100 − 1000 раз.

       При проведении процесса в несколько ступеней создаются условия для формирования на каждой из них своих специфических активных илов (биоценозов), оптимальных для биоокисления соответствующих компонентов (с более высокой скоростью, чем в одноступенчатой системе).  К таким условиям относятся рециркуляция активного ила на каждой ступени и снижение до минимума выноса активного ила с каждой ступени на последующие.

       Активный ил некоторой і - ной ступени биологической очистки состоит из массы, образовавшейся в результате утилизации органических загрязнений и активного ила, выносимого со сточной водой из предыдущей (і – 1)-ой ступени. Соответственно, фактором специфичности активного ила і - ной ступени может служить весовая доля синтезированной здесь биомассы:

  ж i ;  (2.5)

где ж i − фактор специфичности активного ила і - ной ступени;  Д Х і – прирост биомассы за счет потребления органических ве­ществ на на  і-ной ступени, кг/м3; Bi-1 вынос активного ила с (i −1)-ой ступени на і-ную ступень, кг/м3; yi − экономичес­кий коэффициент на i-ой ступени, кг/кг ХПК; ДSi − уменьшение ХПК промстоков на i-ой ступени,  кг ХПК/м3.

Из анализа соотношения (2.5), принимая ограниченность снизу величины B i-1, следует, что с увеличением числа сту­пеней очистки фактор специфичности падает, что связано с уменьшением количества загрязнений Д Si, удаляемых на каждой отдель­ной ступени. В пределе, при i → ∞, фактор специфичности обращается в нуль, т. е. многоступенчатая схема вырождается в одно­ступенчатую. То же происходит и при значительном возрастании выноса активного ила из отстойников, т. е. при выполнении  условия:  В i-1 >>Д Х і.

На практике вынос активного ила с одной cтупени на последующую минимально может составлять 0,05 − 0,1 кг/м3 и дос­тигать таких значений, как 0,5 − 0,6 кг/м3. В этих условиях для достаточной (ж i ≥ 0,5) специфичности биоценозов по ступеням очистки (тем самым целесообразности применения многоступенчатой схемы) необходимо, чтобы на каждой ступени удаления ХПК промсто­ков превышало 0,3 − 0,5 кг ХПК/м3. Отсюда следует, что многосту­пенчатая технология очистки должна применяться только для достаточно концентрированных промстоков. При этом, чем больше кон­центрация сточных вод, тем больше может быть число ступеней очистки. В диапазоне БПК5 = 0,4 − 1,0 кг/м3 достаточное разделе­ние биоценозов по ступеням обеспечивает двухступенчатая схема. При БПК5 >1,0 кг/м3 можно использовать трехступенчатую схему очистки. При БПК5 <0,4 кг/м3 применение многоступенчатой технологии нецелесообразно, за исключением тех случаев, когда в силу особой экологической обстановки в регионе требуется максимальная эффективность очистки.

Сточные воды ЦБП, поступающие на внеплощадные очистные сооружения, имеют, как правило, БПК5 не более 1,0 кг/м3. Поэтому трехступенчатые системы практически не используются. Два варианта двухступенчатых схем приведены на рис.2.2.