Василенко А.А., Грабовский П.А., Ларкина Г.М., Полищук А.В., Прогульный В.И. Реконструкция и интенсификация сооружений водоснабжения и водоотведения

Подождите немного. Документ загружается.

201

Для осуществления предварительной аэрации с активным илом возни-

кает необходимость сооружения специального сооружения – преаэра-

тора. Число секций преаэратора должно быть не менее двух – обе ра-

бочие. Время аэрации смеси сточных вод с избыточным активным

илом принимается равным 20 минут. Исходя из этого, определяется

емкость сооружения. В преаэратор следует подавать ил после регене

рации. Его количество принимается равным 50-100% избыточного.

Если в схеме станции отсутствуют регенераторы, то предполагается

возможность регенерации в преаэраторах, для чего выделяется объем,

который равняется 0,25–0,3 их общего объема. Увеличение эффектив-

ности осветления в первичных отстойниках (по БПК и взвешенным

веществам) составляет 20-25%. Следует добавить, что укрупненные во

время предаэрации частички взвеси могут

разрушаться во время дви-

жения сточных вод к отстойнику.

Исходя из вышесказанного, окончательное решение об устрой-

стве предварительной аэрации с активным илом принимается на осно-

ве технико-экономических расчетов.

Использование сооружения, в котором объединяются процессы

преаэрации и отстаивания позволяет устранить некоторые недостатки

преаэрации в отдельном сооружении (например, сводится к минимуму

разрушение

образованных в процессе преаэрации хлопьев при перехо-

де к отстаиванию). Такое сооружение имеет название биофлокулятор.

Он представляет собой первичный отстойник (вертикальный или ради-

альный) со встроенной камерой биофлокуляции.

В биофлокуляторе вертикального типа (рис. 6.8) камера био-

флокуляции образована вокруг центральной трубы двумя кольцевыми

перегородками. Вследствие подачи воздуха в фильтросный аэратор

возникает

эрлифтный эффект, благодаря которому сточные воды вме-

сте с избыточным активным илом или биопленкой поднимаются в

верхнюю часть камеры, а потом опускаются вниз по кольцевому про-

странству между перегородками и попадают в зону отстаивания. Гид-

равлическая нагрузка на зону отстаивания биофлокуляторов не должна

превышать 3 м

/(м

· ч). Продолжительность аэрации сточных вод в

камере биофлокуляции составляет 20 мин, а удельный расход воздуха

на аэрацию – 0,5м

на 1 м

сточных вод. При использовании в биофло-

куляторах активного ила снижение взвешенных веществ достигает

75%, БПК

полн

при этом уменьшается на 35%. В биофлокуляторах, ра-

ботающих с биопленкой эффективность задержания взвешенных ве-

ществ составляет 60-70%, а снижения БПК

полн

– 50-55%.

202

На рис. 6.9 изображена схема радиального отстойника со встро-

енной камерой флокуляции.

Рис.6.8. Биофлокулятор вертикального типа: 1

– центральная труба; 2 – камера биофлокуляции; 3

– фильтросы; 4 – кольцевые перегородки; 5 – зона

осветления.

Рис.6.9. Радиальный отстойник со встроенной камерой

биофлокуляции: 1 – подвод сточной воды и активного ила; 2 –

распределительная камера; 3 – зона биофлокуляции; 4 – дырчатые

аэраторы; 5 – полупогружная перегородка; 6 – затопленные перего-

родки; 7 – низкоградиентная мешалка; 8 – защитный зонт; 9 – сбор-

ный водослив; 10

–

тонкослойные блоки перекрестной схемы.

203

В Московском государственном строительном университете

было осуществлено исследование этой схемы. Так, из зоны биофлоку-

ляции, куда поступает сточная вода, активный ил и подается воздух,

вода переходит под перегородкой зоны воздухоотделения в зону от-

стаивания. Зона биофлокуляции рассчитывается на пребывание сточ-

ной жидкости около 20 минут. Отделение прилипших пузырьков воз-

духа осуществляется для

улучшения условий седиментации при даль-

нейшем отстаивании. В зоне осветления для стимулирования процесса

седиментации устраиваются низкоградиентные мешалки. Расположен-

ные на периферии отстойника тонкослойные блоки перекрестной схе-

мы осаждения осветляют воду на завершающей стадии перед ее по-

ступлением в сборный лоток. При оптимальной дозе избыточного ак-

тивного ила 160-200 мг/л, которая

соответствует его приросту, эффект

осветления сточных вод по взвешенным веществам по данной техно-

логической схеме достигает 75-80%, а по БПК

полн

– 50-70%.

Интенсификация первичного отстаивания возможна также пу-

тем введения в сточные воды реагентов. Для улучшения хлопьеобразо-

вания минеральные коагулянты могут использоваться совместно с по-

лиакриламидом, при необходимости может осуществляться подщела-

чивание сточных вод щелочными реагентами. На выбор вида и доз

реагентов влияют состав сточных вод, необходимая степень их очист-

ки, а

также технико-экономические соображения. Использование реа-

гентов на стадии предварительной очистки обеспечивает не только

существенное повышение эффекта осветления сточных вод, но и уда-

ления значительной части коллоидных и растворимых загрязнений, в

том числе таких трудноокисляемых, как нефтепродукты, красители,

ПАВ и др. Одновременно происходит снижение концентраций ионов

тяжелых металлов и соединений фосфора

. Снижение БПК и ХПК,

концентраций взвешенных веществ и токсичных примесей, которое

достигается при реагентной обработке, позволяет значительно улуч-

шить работу биологических очистных сооружений.

Вместе с тем необходимо учитывать, что реагентная обработка

сточных вод связана с использованием дефицитных реагентов и со

строительством реагентного хозяйства, что приводит к существенному

увеличению количества создаваемых

осадков, как по сухому веществу,

так и по объему. Поэтому решение об использовании реагентов для

интенсификации очистки сточных вод на действующих сооружениях

должно приниматься на основе всестороннего анализа ситуации.

Эксперименты [101] показали, что ускорение укрупнения взве-

шенных веществ и увеличение скорости осаждения образовавшихся

204

флокул возможно в результате флокуляционного перемешивания, то

есть такого перемешивания при котором создаются благоприятные

условия для сближения и столкновения частиц дисперсной фазы. При

флокуляционном перемешивании достигается наиболее эффективное

объединение частиц дисперсной фазы, превалирующее над разруше-

нием флокул. Объединение (хлопьеобразование) частиц взвешенных

частиц городских сточных вод осуществляется под действием переме-

шивания даже

без использования реагентов. Это объясняется тем, что

указанная категория взвеси владеет некоторыми флокуляционными

свойствами. Максимальная эффективность осветления сточных вод

достигается при продолжительности флокуляционного перемешивания

300-600с при градиенте скорости G = 60 c

-1

. Это позволяет достичь

ускорение осаждения взвешенных веществ приблизительно на 20%.

При этом эффективность отстаивания сточной воды увеличивается с

увеличением концентрации взвеси в обрабатываемой воде.

Эффекты осветления сточных вод, снижения БПК и концентра-

ций других загрязнений, которые достигаются при реагентной обра-

ботке, целесообразно оценивать по результатам лабораторных иссле-

дований на реальных сточных

водах с учетом условий их отстаивания

в действующих отстойниках (продолжительность отстаивания, ско-

рость движения воды, минимальная гидравлическая крупность задер-

живаемых частичек и т.п.).

Результаты исследований, проведенных в последние годы у нас

в стране и за рубежом, дают основание считать, что для первичного

осветления сточных вод наряду с отстаиванием возможно использова

ние других перспективных методов, одним из которых является фло-

тация, которая приобрела широкое распространение для обработки

промышленных сточных вод. При биологической очистке хозяйствен-

но-бытовых сточных вод и их смесей с промышленными стоками фло-

тация может использоваться для первичного осветления сточных вод

вместо первичных отстойников или совместно с ними.

Согласно [73]

из городских сточных вод с помощью флотации

могут быть удалены все грубодисперсные примеси, которые остались в

воде после отстаивания в течение 10-15 мин.

Флотационное осветление сточных вод перед биологической

очисткой может объединяться с обработкой их коагулянтами и флоку-

лянтами, эффект очистки, который достигается при этом, составляет

90% и больше, одновременно происходит значительное

снижение БПК

сточных вод. Вместе с тем много флотореагентов могут отрицательно

повлиять на дальнейшую биологическую очистку и качество очищен-

205

ных вод, например, в случае, когда флотореагент является токсичным

или трудноокисляющимся веществом.

Флотация - один из наиболее эффективных методов удаления из

сточных вод ПАВ, жиров, нефтепродуктов, поэтому использование

флотации для очистки сточных вод, которые содержат такие загрязне-

ния, является особенно эффективным. Продолжительность процесса

флотационного осветления сточных вод не превышает обычно 30 мин,

то время как продолжительность отстаивания их в первичных от-

стойниках составляет не менее 1,5....2 ч. Флотация с использованием

воздуха обеспечивает, кроме того, интенсивную аэрацию сточных вод.

Использование флотационных методов осветления сточных вод позво-

ляет уменьшить объемы осадков и шламов, которые образуются на

очистной станции, поскольку влажность флотационных шламов, как

правило, намного

ниже влажности осадков, которые удаляются из от-

стойников [59].

В пользу использования флотации в технологических схемах

биологической очистки сточных вод говорит также то обстоятельство,

что практически во всех видах сточных вод есть ПАВ, которые широко

используются в промышленности и быте. Часть этих веществ может

играть роль флотореагентов, а также оказывать содействие флотации

силу снижения поверхностного натяжения воды и ряда других факто-

ров.

Интенсификация флотационного осветления может быть дос-

тигнута введением в сточные воды избыточного активного ила, кото-

рый имеет высокие сорбционные и коагуляционные свойства, а также

хорошо поддается флотации, о чем свидетельствуют результаты ис-

следований по его флотационному уплотнению [59,61,73,74].

Способ предварительного

осветления сточных вод напорной

флотацией совместно с биокоагуляцией загрязнений активным илом

довольно детально рассмотрен в [59].

Сущность способа состоит в следующем. В сточные воды после

их обработки на решетках и песколовках вводят избыточный активный

ил, а образованную смесь осветляют флотацией. Процесс осветления

может осуществляться с использованием разных технологических

схем напорной флотации: с

прямым насыщением воздухом осветлен-

ной воды (прямоточная схема), с насыщением воздухом части потока

сточных вод (схема с распределением потоков), с рециркуляцией рабо-

чей жидкости (рис.6.10).

206

Рис. 6.10. Технологические схемы напорной флотации прямоточ-

ной (а), с разделением потоков (б), с рециркуляцией рабочей

жидкости (в): 1 – подача неочищенной воды; 2 – подача воздуха;

3 – насос; 4 – напорный бак; 5 – флотационная камера; 6 – отвод

очи

енной во

;

–

по

ача во

насы

енной воз

ду

хом.

Насыщение жидкости воздухом можно осуществлять с помо-

щью эжектора, который устанавливается обычно на переключении

между напорной и всасывающей линиями насоса, а также с помощью

компрессора, который нагнетает воздух в напорный бак той или иной

конструкции [66, 73, 74,75].

Таким образом, использование флотационных биокоагуляторов

позволяет:

• сократить продолжительность первичного отстаивания сточных

вод до 30...40 мин., существенно

снизить БПК сточных вод и тем

самым уменьшить соответственно необходимые объемы аэротен-

ков и расходы воздуха на аэрацию;

• исключить из технологической схемы уплотнители избыточного

активного ила;

• уменьшить влажность и объемы осадков и шламов, которые под-

лежат обработке в метантенках и других сооружениях, и тем са-

мым сократить их

размеры;

207

• уменьшить вероятность пенообразования в аэротенках за счет уда-

ления пенообразователей на предварительной ступени очистки.

Снижение БПК во флотационных биокоагуляторах происходит,

в основном, за счет удаления из сточных вод части растворенных и

коллоидных органических загрязнений. Одновременно снижаются

концентрации ПАВ, жиров, нефтепродуктов, ионов тяжелых металлов

и других примесей. При использовании рабочей жидкости

, особенно,

при большом коэффициенте рециркуляции, флотационный биокоагу-

лятор выполняет функции аэротенка первой ступени.

Величина БПК (в осветленной пробе) после очистки сточных

вод во флотационном биокоагуляторе может быть определена по фор-

муле

ГПLL

−

где L

- БПК

неочищенных сточных вод, мг/л; Г - величина удельной

сорбции загрязнений избыточным активным илом, мгБПК

полн

на 1 г

сухого вещества ила; П - прирост активного ила в аэротенках, г/л.

Эффект снижения концентрации взвешенных веществ во флота-

ционных биокоагуляторах для городских сточных вод составляет 50-

55% от исходной концентрации взвешенных веществ в неочищенных

сточных водах.

В качестве флотационных биокоагуляторов могут быть исполь-

зованы флотаторы разных типов [73,75]. При интенсификации работы

действующих очистных сооружений возможна реконструкция первич-

ных отстойников во флотационные биокоагуляторы, заключающаяся в

оборудовании их устройствами для распределения очищенных сточ-

ных вод и рабочей жидкости, отвода очищенной воды, сбора и удале-

ния флотационного шлама. Из-за того, что при работе флотационного

биокоагулятора и его аварийных остановках происходит выпадение

осадка, в

переоборудованном отстойнике следует сохранить устройст-

ва для его удаления.

В горизонтальных отстойниках при переоборудовании их в

флотационные биокоагуляторы часть рабочего объема в начале от-

стойника используется для осаждения крупных и тяжелых грубодис-

персных примесей, остальной объем отводится под флотационную

камеру (рис.6.11). С наибольшей эффективностью рабочий объем го-

ризонтального отстойника в случае

переоборудования его во флотатор

может быть использован при рассредоточенной подаче и отводе сточ-

ной жидкости по длине флотационной камеры, хотя это немного и ус-

ложняет ее конструкцию (рис.6.11 б).

208

Переоборудование радиальных первичных отстойников во фло-

тационные биокоагуляторы при сохранении скребков ила связано с

трудностью устройства систем для распределения рабочей жидкости.

Возможна конструктивная схема, при которой рабочая жидкость, на-

сыщенная воздухом, вводится в самотечный трубопровод, подающий

сточные воды в отстойник (рис.6.12 а). Под флотационную камеру мо-

жет быть отведена периферийная

часть радиального отстойника, кото-

рый при этом становится комбинированным сооружением - отстойни-

ком-флотатором (рис.6.12 б).

Рис.6.11. Рекомендованные схемы переобор

дования гори-

зонтальных отстойников во флотационные биокоагулято-

ры с рассредоточенной подачей воды по ширине флота-

ционной камеры (а) и с рассредоточенной подачей воды

по длине флотационной камеры (б): 1 - трубопровод

сточных вод; 2 - камера для предварительного отстаивания

сточных вод; 3 - скребок; 4 - лоток для сбора флотаци-

онного шлама; 5 - трубопровод очищенных сточных вод; 6 -

распределительный трубопровод рабочей жидкости; 7 -

трубопровод для удаления шлама; 8 - распределительный

лоток;9

сборный лоток

209

Рис.6.12. Схемы переоборудования радиальных отстойников во флотаци-

онные биокоагуляторы: 1 - подача сточных вод; 2 - подача рабочей жидко-

сти; 3 - кольцевой лоток для сбора очищенных сточных вод; 4 - шламосбор-

ный лоток; 5 - кольцевая перегородка; б - скребок для удаления флотационно-

го шлама; 7 - распределительный трубопровод рабочей жидкости; 8 - скребки

для удаления осадка

Флотационные биокоагуляторы всех типов оборудуются шла-

мосборными устройствами, в состав которых входят скребковые меха-

низмы, шламосборные лотки и отводные трубопроводы.

В горизонтальных флотационных камерах используются скреб-

ковые транспортеры, которые обеспечивают как периодическое, так и

непрерывное удаление шлама. Для флотационных камер круглой фор-

мы рекомендуется использовать скребок, который выполнен в виде

спирали

Архимеда. Такой скребок перемещает флотационный шлам к

периферийному сборному лотку [73]. Шламопроводы в границах фло-

тационного биокоагулятора должны быть диаметром не менее 300 мм.

Флотационные биокоагуляторы можно эффективно использо-

вать для предварительной очистки сточных вод от жира и других

труднооседаемых примесей на очистных сооружениях, которые при-

нимают сточные воды мясокомбинатов, молокоперерабатывающих

пунктов

и других предприятий пищевой промышленности. При ис-

210

пользовании всего избыточного активного ила, который образуется в

аэротенках при очистке сточных вод мясокомбината, эффект удаления

жира во флотационных биокоагуляторах составляет 70-90%, что суще-

ственно снижает нагрузку на аэротенки по органическим загрязнениям

и снижает практически к нулю концентрации жира в биологически

очищенных сточных водах.

Кроме выделения веществ, которые оседают в первичных от

стойниках, задерживаются также плавающие вещества, которые пред-

ставляют собой, в основном, разные виды нефтепродуктов. Эффект

задержания плавающих веществ в первичных отстойниках, согласно

исследованиям, проведенным на Курьяновской станции аэрации г.

Москвы [68], составляет около 50%. Обычно плавающие вещества

вместе с осадком направляются на сбраживание в метантенки, где

нефтепродукты практически не разлагаются, а лишь

эмульгируются.

При этом возникает дополнительная сложность при последующей об-

работке осадка и рециркуляции сливной воды. Предотвратить это

можно, направив задержанные в первичных отстойниках плавающие

вещества в поток сточных вод перед решетками с мелкими прозорами,

на стержнях которых имеется практически постоянно слой отбросов,

эффективно задерживающий плавающие вещества. В дальнейшем,

вместе с отбросами

задержанные на них плавающие вещества отправ-

ляются на захоронение и выводятся тем самым из технологического

цикла.

Контрольные вопросы

1. Какие существуют методы интенсификации работы первич-

ных отстойников?

2. Каким образом можно увеличить пропускную способность

первичных отстойников?

3. Как влияет предварительная аэрация сточных вод на процесс

отстаивания?

4. Что такое биокоагуляция, её положительные и отрицатель-

ные свойства?

5. Как реализовать биофлокуляцию на действующих сооруже-

ниях первичного отстаивания?

6. Что такое

флотационное осветление сточных вод, какие тех-

нологические схемы используются?

7. Какие существуют виды и технологические схемы флота-

ции?