Основы биологической очистки промстоков ЦБП (стр. 7 )

Рис.2.2. Основные ступенчатые схемы биологической очистки:

а − двухступенчатые аэротенки; б − схема  с локальной биологической очисткой концентрированных стоков; 10 − концентрированный сток. Остальные обозначения те же, что и на рис.2.1.

Системы с доочисткой стоков. Доочистка в низконагружаемых аэрируемых прудах (без рециркуляции активного ила), главным образом, предназначена для стабилизации качества очищенных сто­ков перед их сбросом в водоем. При времени пребывания сточной воды около одних суток эффект очистки по БПК5 в прудах доочистки в среднем составляет 20 – 50 %, но с повышением срока эксплуатации может существенно снизиться в силу постепен­ного накопления и загнивания осадка в придонных анаэробных зонах. Для предотвращения вторичного загрязнения сточной воды необходимо обеспечить их соответствующими перемешивающими устройствами (аэраторами на понтонах) или периодически удалять осадок (для чего могут применяться специальные насосы или земснаряды).

Примеры схем с доочисткой в аэрируемых прудах приведены на рис. 2.3.

Рис.2.3. Схемы биологической очистки с доочисткой стоков в аэрируемых прудах:

а – одноступенчатая схема с доочисткой в пруду;

б – двухступенчатая схема с доочисткой в пруду;

11 – пруд доочистки. Остальные обозначения те же, что и на рис.2.1., 2.2.

Для очистки сточных вод с БПК5 менее 0,2 кг/м3 (стоки картонно-бумажных фабрик и др.) аэрируемые пруды могут использоваться как самостоятельные очистные сооружения. Скорость биологической очистки в прудах без рециркуляции активного ила существенно зависит от температуры: в диапазоне 10 − 30°С с уменьшением температуры на 10°С скорость очистки падает примерно в 2 раза. В силу сравнительно небольшой глубины прудов, значительного вре­мени пребывания в них стоков и низкой интенсивности аэрации температура воды определяется температурой атмосферного воздуха. По этим причинам использование аэрируемых прудов как самостоя­тельных  очистных сооружений оправдано только в теплых климатических зонах с небольшими сезонными колебаниями температуры  воздуха (+5 − +35°С).

2.2. типы аэрационных сооружений

Аэрационные сооружения для биологической очистки являются разновидностью биохимических реакторов. По гидродинамическому ре­жиму они делятся на вытеснители и смесители.

Реактором идеального смешения называют аппарат, в котором интенсивность  продольного перемешивания бесконечно велика, что приводит к мгновенному выравниванию концентрации в объеме смешения. Формально такой режим соответствует Ре = 0, где  Ре  − число Пекле:

  Ре = ;  (2.6)

где щ −  скорость продольного течения жидкости в реакторе, м/с; l  − длина реактора, м;  Dl  − коэффициент продольного перемешивания (турбулентной диффузии), м2/с.

Другой предельный случай (Ре = ∞) соответствует модели реактора идеального вытеснения, в котором продольная диффузия полностью отсутствует (Dl = 0), а жидкость в аппарате движется с одинаковой скоростью во всех точках сечения ("поршневое течение").

В коридорных аэротенках типовых конструкций при ширине коридора 8 − 10м, глубине 4 − 5м и обычной интенсивности аэрации (1−2м3 воздуха на 1 м3 объема аэротенка в час) коэффициент турбулентной диффузии в продольном направлении составляет около 0,3 м2/с. При общей длине аэротенка 200 − 400м и среднем времени пребывания жидкости 4 – 6 ч. число Пекле принимает значения 12 – 25. Это означает, что продольное перемешивание в аэротенке протекает намного медленнее, чем перенос растворенных веществ с протоком, и позволяет рассматривать коридорные аэротенки такого типа как реакторы идеального вытеснения.

Типовые проекты коридорных аэротенков разработаны для широкого диапазона производительности очистных систем. Объем одной секции аэротенка составляет от 1040 до 30600 м3. Имеются варианты двух-, трех - и четырехкоридорных аэротенков с переменным объемом регенератора. 

В последнее время стали использоваться бескоридорные аэротенки, оборудованные пневмомеханическими и механическими аэраторами (рис. 2.4.).

Рис. 2.4. Схема бескоридорного аэротенка с пневмомеханическими аэраторами:

1 − поступающая сточная вода; 2 − выходящая сточная вода; 3 − возвратный активный ил; 4 − пневмомеханические аэраторы.

       В зоне действия каждого аэратора время выравнивания концентрации составляет не более нескольких минут, что приблизительно в 10 раз меньше среднего времени пребывания иловой смеси. Значительные циркуляционные потоки между соседними зонами приводят к быстрому выравниванию концентрации и во всем объе­ме.  Обследования гидродинамического режима в бескоридорных аэротенках показали, что число Пекле обычно не превышает 0,1. Это позволяет считать распределение концентраций в объеме аэротенка близким к равномерному, т. е. соответствующим идеально­му смешению.

Более высокой технологической гибкостью обладают секционированные аэротенки (рис. 2.5), которые могут эксплуатироваться по схеме смесителя, вытеснителя, со ступенчатой подачей сточной воды либо активного ила при широком диапазоне варьирования степени регенерации.        

Несмотря на длительную практику использования аэротенков, преимущества и недостатки смесителей и вытеснителей выяснены еще не до конца. При равных объемах вытеснителя и смесителя и одинаковом коэффициенте рециркуляции среднее (гидравлическое) время пребывания воды в смесителе составляет только 70% среднего времени пребывания в вытеснителе. Исходя из этого, возникло мнение, которое некоторые исследователи разделяют до сих пор, при прочих равных условиях вытеснитель более эффективен, чем смеситель. 

Рис. 2.5. Схема секцио­нированного аэротенка. Обозначения те же, что и на рис.2.4.

Сторонники этой точки зрения основываются не на опытных данных, а на теоретических расчетах, в которых аэротенки рассматриваются как химические реакторы, а не как биохимические системы со свойственными им адаптационными перестройками активного ила.

Практика эксплуатации очистных сооружений и специальные промышленные и лабораторные исследования показали, что при нормальной работе и стабильной нагрузке по БПК5 (и взвешенным веществам) обе системы (смеситель и вытеснитель) имеют идентичные характеристики по следующим показателям:  эффект очистки по БПК5, вынос активного ила с очищенной водой. Различия отно­сятся к приросту активного ила и расходу кислорода: в аэротенках полной биологической очистки при одинаковом расходе кис­лорода (дефицит кислорода близок к 1) прирост ила в вытеснителе больше, чем в смесителе. При значительном содержании кислорода (дефицит кислорода существенно меньше 1)  его расход в вытеснителе больше, чем в смесителе, а прирост ила примерно одинаков. Типичным  в ЦБП является первый случай (дефицит кислорода близок к 1).

В условиях нестабильной нагрузки по БПК5 аэротенк-смеситель имеет определенные преимущества. Влияние неравномерности параметров зависит от периода и амплитуды их колебаний. Если период колебаний превышает время адаптационной перестройки биоценоза активного ила (которое по порядку ве­личины совпадает с возрастом ила) или значительно меньше времени пребывания жидкости в аэротенке, то такая нестабиль­ность нагрузки по БПК5 оказывает минимальное воздействие на эффективность очистки и другие характеристики процесса. Наибольшее отрицательное воздействие оказывают колебания, имеющие период, превышающий гидравлическое время пребывания в аэротенке (в среднем 4 − 6 час), но меньший, чем возраст ила (для систем полной биологической очистки в среднем 5 − 7 сут), т. е. колебания с периодом около 1 суток. В системах полной биологической очистки с увеличением амплитуды таких колебаний эффект очистки падает. Приведенные данные свидетельствуют о более высокой устойчивости аэротенка-смесителя к колебаниям расхода и концентрации пром­стоков. 

С уменьшением среднего эффекта очистки (увеличением нагрузки по БПК5) влияние неравномерности нагрузки становит­ся менее ощутимым, и различия в эффективности смесителей и вытеснителей сглаживаются.

2.3. системы АЭРАЦИИ

По способу ввода кислорода и энергии для перемешивания жидкости в аэротенке системы аэрации делятся на 3 группы:

1) пневматические (барботажные) системы, использующие энергию сжатого воздуха;

2) механические системы, основанные на использовании механического перемешивания;

3)  комбинированные (пневмомеханические) системы.

В настоящее время наиболее распространены пневматические системы аэрации, которыми оснащаются коридорные аэротенки. Дополнительное движение жидкости в сооружениях с пневматической аэрацией возникает как следствие ввода энергии с потоком воздуха. Воздух подается под уровень жидкости, как правило, у одной из стенок коридора. Над барботером образуется расширя­ющийся по мере подъема газожидкостный  факел. Так как плотность этой газожидкостной струи значительно меньше плотности жид­кости, в поперечном сечении аэротенка возникает движущая сила и замкнутое циркуляционное движение жидкости  (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Схема потока жид­кости в попереч­ном сечении кори­дорного аэротенка с пневматической аэрацией

Пневматические аэраторы обычно располагают вблизи дна аэротенка (глубинная аэрация). Наряду с этим используются и поверхностные аэраторы с расположением воздухораспределителей на глубине около I м, что позволяет подавать воздух с помощью вентиляционных установок.