Основы биологической очистки промстоков ЦБП (стр. 9 )

2.5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ  РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ  ОЧИСТКИ

Основным фактором, управляющим скоростью очистки промстоков, является интенсивность аэрации, а эффективность процесса зави­сит от расхода кислорода и в  каждой из технологических схем ограничена сверху. Эти ограничения обусловлены, прежде всего, технологическими и экономическими факторами. 

Одноступенчатые системы. С увеличением удельного расхода кислорода эффект очистки по БПК5 возрастает в соответствии с зависимостью, представленной на рис. 2.10.

Рис. 2.10. Влияние удельного расхода кислорода на глубину  био­логической очистки промстоков в одно­ступенчатых аэротенках.

Значительное увеличение удельного расхода кислорода предполагает одновременное снижение нагрузки на активный ил. Это обусловлено следующими причинами. Интенсивность аэрации в аэротенках ограничена: снизу условием поддержания активного ила во взвешенном состоянии, сверху – повышенным  пенообразованием и снижением коэффициента использования кислорода аэрирующего воздуха при высокой интенсивности аэрации. Отсюда и из формул (1.19), (1.20) вытекает, что изменение в широком диапазоне эффекта очистки нельзя обеспечить только с помощью параметра массообмена КLa, необходимо и дополнительное изменение периода аэрации. Так как период аэрации T = V/Q, то согласно формуле (2.1) с его увеличением нагрузка на активный ил падает. Зави­симость эффекта очистки от нагрузки не является однозначной: при некоторой величине нагрузки эффективность очистки находит­ся в диапазоне, задаваемом возможным диапазоном удельного расхода кислорода (рис. 2.11).

Рис.2.11.  Зависимость глубины очистки промстоков от нагрузки на ак­тивный ил

Технологические ограничения эффективности одноступенчатых схем очистки связаны, прежде всего, с гравитационным способом разделения фаз (активного ила и воды). Уменьшение нагрузки по БПК5 на активный ил, необходимое для повышения эффекта очистки, ниже определенного уровня (0,2 − 0,3 кг БПК5 /кг∙сут.) вызывает разрыхление и диспергирование хлопьев ила, повышение его выноса с очищенной водой из вторичных отстойников. В ре­зультате падает эффект очистки по взвешенным веществам, а в конечном итоге, с приближением выноса к величине прироста ила, может произойти полное его вымывание из системы. Минимальное значение нагрузки, при которой одноступенчатые схемы ещё работоспособны, составляет 0,05 − 0,10 кг БПК5/кг∙сут  (аэротенки продленной аэрации). 

Дополнительным фактором, существенно снижающим эффективность одноступенчатых схем, является нестационарность процесса, вызван­ная колебаниями расхода, концентрации, состава и температуры сто­ков. Резкие изменения исходных параметров системы служат причиной адаптационных перестроек биоценоза активного ила, в процессе кото­рых скорость биоокисления ниже потенциально возможной. В стациона­рном режиме эффект очистки по БПК5 в одноступенчатых системах дос­тигает 98% при выносе активного ила не более 0,03 кг/м3. Но в промышленных условиях, когда коэффициент суточной неравномерности нагрузки на активный ил составляет 1,3 − 1,6, эффективность одно­ступенчатых схем обычно не превышает 95 – 96 %. При этом традици­онная система (рис. 2.1а) дает эффект очистки по БПК5  до 95 %; биосорбционная система (рис.2.1в) − до 95 −  96 %; а схема с доочисткой в пруде (рис.2.3а) − до 96 − 97 %. 

Двухступенчатые системы. Благодаря формированию на каждой ступени специфических биоценозов, утилизирующих  соответствующие компоненты стоков с более высокой скоростью, двухступенчатые сис­темы (рис.2.2а) позволяют повысить эффективность очистки по БПК5 в реальных условиях до 98 – 98,5 %. Максимальная эффективность достигается при наилучшем разделении (специфичности) биоценозов 1 и 2  ступеней. Этому соответствует минимальная величина выноса активного ила с 1 ступени на вторую и обеспечение эффективности очистки на 1 ступени в диапазоне 70 – 80  % (при  общем  эффекте очи­стки свыше 90 – 95  %). При отклонении эффекта очистки по БПК5 на 1 ступени от 70 – 80  % и возрастании выноса ила на вторую ступень двухступенчатая система вырождается в одноступенчатую, эффективность очистки снижается (рис.2.12).

Рис. 2.12. Влияние эффекта очистки  по БПК 5 на 1 ступени Е и выноса активного ила с первой ступени B1 на эффект очистки промстоков в двухступенча­той системе при удель­ном расходе кислорода Zр = 1,15 кг О2/кг БПК5: 1 − B1 /lо = 0; 2 − B1 /lо = 0,5; 3 − B1 /lо = 1,0.

В двухступенчатых системах прирост активного ила выше, чем в одноступенчатых, что требует более высокой производительности блока обработки и утилизации осадков. Не учет этого обстоятельства, как отмечалось в предыдущем разделе, приво­дит к уменьшению эффекта очистки. Так, на одном из дейст­вующих в отрасли объектов, где используется двухступенчатая система, недостаточный вывод избыточного ила явился причиной снижения эффекта очистки по БПК5 до 93% против проектной величины 96,5%.

2.6. ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ

Целью совершенствования систем биологической очистки является повышение глубины окисления компонентов сточных вод, направленное на максимальное сокращение их воздействия на водоемы с одновременным сокращением затрат на процесс биологической очистки. В этом направлении перспективным яв­ляется дифференцированный подход к качественной и количест­венной оценке отдельных потоков сточных вод ЦБП перед их объединением и сбросом на общие (внеплощадочные) очистные сооружения, в частности, выделение и локальная очистка ток­сичных и наиболее  концентрированных потоков с одновременным получением биопродуктов.

К потокам, содержащим токсичные вещества (сернистые, хлорорганические соединения и другие), относятся конденсаты варочного и выпарного цехов сульфатно-целлюлозного производст­ва и стоки отбельных цехов. Выделение в отдельные потоки токсич­ных стоков позволяет организовывать с помощью специализиро­ванной микрофлоры, которая присутствует в активном иле внеплощадочных очистных сооружений, но не является там доминиру­ющей, локальную биологическую очистку с  высокой эффектив­ностью удаления токсичных компонентов.

Локальная биологическая очистка конденсатов сульфат-целлюлозного производства позволит переводить сероорганические вещества в нетоксичные окисленные формы или накапливать их в виде растворенной серы в биомассе микроорганизмов. Последний вариант делает возможным при сжигании образующейся биомас­сы регенерировать серу, возвращая её в основное производство.

Для локальной очистки конденсатов могут использоваться аэротенки и биофильтры с загрузкой из коры. Такие установки уже действуют в ряде зарубежных стран (Швеция, Финляндия, Великобритания). Советскими специалистами (ЛТИ ЦБП) создана и прошла успешные испытания на одном целлюлозном заводе опытно-промышленная установка по биологической очистке кон­денсатов от сернистых соединений (диметилсульфид, диметилдисульфид, метилмеркаптан) и метанола. 

Лабораторными исследованиями показана возможность био­логической очистки стоков с отбелки целлюлозы, в частности, от ступеней щелочения и гипохлоритной отбелки. При очистке в аэротенках величина БПК5 этих стоков снижается на 80 − 90 %.

Исследованиями советских ученых (ВНПОбумпром) установлено, что биологический метод пригоден для обработки таких высококонцентрированных потоков (БПК5 до 30 кг/м3), как сульфатный и сульфитный щелока, последрожжевая бражка. По скоростям биоокисления их можно расположить в ряд по возрастанию: сток сульфатного производства, гидролизная последрожжевая бражка, сток сульфитного производства, сульфитно-спиртовая последрожжевая бражка.

Для очистки высококонцентрированных стоков более эф­фективен аэротенк-смеситель  с пневмомеханической аэрацией. В этом аппарате ингибирующее действие на микроорганизмы вы­соких концентраций субстрата минимально, а высокий уровень массообмена и массопередачи кислорода позволяет в 20 − 25 раз увеличить скорость биоокисления в сравнении с очисткой общего стока на внеплощадочных сооружениях.

Целесообразность выделения указанных концентрированных стоков определяется рядом причин: возникает возможность ути­лизации специфических осадков и биомассы, резко снижается нагрузка на внеплощадочные очистные сооружения при однов­ременной стабилизации качественных и количественных харак­теристик общего стока. За счет более высоких скоростей биоокисления на локальных установках снижается уровень эксплуатационных и капитальных затрат. Суммарная экономическая эффективность применения локальных очистных установок зависит от пути утилизации образующейся биомассы.

Избыточный ил, несмотря на то, что он является биопродуктом, сильно загрязнен  механическими примесями − волокном, корой, минеральными веществами (до 30 − 40%), а также в ряде случаев солями тяжелых металлов и углеводородами, в частности, бензпиреном. Это ограничивает его применение в качестве кор­мовых продуктов и делает дорогостоящим выделение из ила от­дельных биопродуктов (витамин В12, аминокислоты и т. д.).

Отечественными исследованиями установлено, что соли тяжелых металлов сорбируются капсульными веществами активного ила и практически не проникают внутрь микроорганизмов. Бензпирен, растворяясь в липидах, транспортируется внутрь клеток.

Для обезвреживания активного ила за рубежом разработан метод удаления ионов тяжелых металлов с помощью электролиза. В связи с тем, что бензпирен обнаружен  внутри клеток, про­водятся исследования по его деструкции с помощью микроорга­низмов. Но эффективных и экономических решений пока не найдено.

Практический интерес представляет способ утилизации избыточного активного ила, основанный на выращивании кормовых организмов (зоопланктона). Такие организмы, как дафнии и моины избирательно используют в пищу только микробные клет­ки активного ила и образуют кормовую биомассу, пригодную для разведения рыб. В результате на загрязненном активном иле получаются ценные сбалансированные корма  (стоимость товарных дафний около 500 рублей за 1 т), и в то же время остаточное количество твердых отходов сокращается примерно в 3 раза.