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.

211

7. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ СООРУЖЕНИЙ

БИОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

7.1. МЕТОДЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ РАБОТЫ БИОФИЛЬТРОВ

Основной целью интенсификации работы биологических

фильтров является повышение их пропускной способности и эффек-

тивности очистки сточных вод. Реконструкции должен предшество-

вать ряд мероприятий, без которых выполнять работы практически

невозможно. Перед реконструкцией необходимо:

• провести анализ работы всего комплекса очистных сооруже-

ний, их состояния и, в отдельности,

биофильтров;

• осуществить экспертизу технического состояния биофильтров,

включая конструктивную часть, материал, который загружается, сис-

тему распределения, сбора и отвода воды;

• разработать мероприятия по реконструкции, включая разные

варианты решений, дать их технико-экономическую оценку и выбрать

оптимальный вариант.

Основными методами интенсификации работы биофильтров яв-

ляются:

• изменение технологической схемы работы всего

комплекса

сооружений;

• замена объемной загрузки на плоскостную;

• изменение системы распределения сточных вод по поверхно-

сти загрузки биофильтра;

• использование многоступенчатой схемы очистки в биофильт-

рах;

• использование рециркуляции сточных вод;

• искусственная вентиляция загрузки биофильтров.

На рис.7.1 представлены принципиальные технологические

схемы реконструкции действующих станций биофильтрации с целью

интенсификации

их работы и улучшения качества очистки сточных

вод. На схеме „а” дана технологическая схема реконструкции, схема

„б” и „в” – соответственно с частичным и полным перегрузками объ-

емной загрузки на плоскостную с возможным наращиванием ограж-

дающих стен и увеличением слоя загружаемого материала. Схемы „г”

и „д” предусматривают перевод технологической схемы очистки

на

двухступенчатую и перегрузку объемной загрузки на плоскостную

только первой или обеих ступеней биофильтров.

212

Реконструкция капельных биофильтров

Технологическая схема очистки сточных вод на капельных био-

фильтрах включает следующие сооружения: решетка, песколовки,

двухъярусные отстойники, капельные биофильтры, вторичные отстой-

ники, контактные резервуары.

В отечественной практике наибольшее распространение полу-

чили капельные прямоугольные в плане биофильтры, размещенные в

помещении. Высота слоя загружаемого материала таких конструкций

биофильтров составляет 1,5-2м. Для проверки пропускной

способно-

сти биофильтра необходимо выполнить поверочные расчеты по опре-

делению реальной пропускной способности сооружений и определить

возможность ее увеличения в соответствии с технической задачей на

реконструкцию.

Все расчеты выполняются по формулам, которые приведены в

[58].

Рис. 7.1. Принципиальные схемы реконструкции станции

биофильтрации: 1-первичные отстойники; 2-вторичные отстой-

ники; 3-третичные отстойники; 4-биофильтр с объемной загруз-

кой

;

5-био

ильт

с плоскостной заг

ру

зкой

213

Рис. 7.2. Варианты реконструкции капельных биофильтров

с заменой объемной загрузки на плоскостную: 1-объемная

заг

ру

зка био

ильт

а; 2-баки-дозато

ы; 3-плоскостная заг

ру

зка

Таким образом, возможные варианты интенсификации работы

биофильтров таковы:

Замена загрузочного материала.

1 вариант – реконструкция капельного биофильтра в высоко-

нагружаемый. Для этого необходимо увеличить высоту слоя загру-

жаемого материала минимум до 2 м, установить низконапорные вен-

тиляторы; подвести воздуховоды к окнам междудонного пространства;

смонтировать и установить в каналах на выходе из биофильтров

гид-

равлические затворы для предотвращения выхода воздуха в атмосфе-

ру. Пропускная способность биофильтра при этом может быть увели-

чена в 1,5-2,5 раза.

2 вариант - реконструкция капельного биофильтра в биофильтр

с плоскостной загрузкой (рис. 7.2).

При замене объемного загрузочного материала на плоскостной

необходимо учитывать, что оптимальная высота плоскостной загрузки

должна быть не меньше 3-4 м

. На рис. 7.2 приведены возможные вари-

анты реконструкции капельных биофильтров с заменой загрузки на

пластмассовую.

Во всех случаях очистка сточных вод осуществляется по двух-

ступенной технологической схеме. При этом на первой ступени ис-

214

пользуется биофильтр с плоскостной загрузкой, а на второй ступени

очистки остается капельный биофильтр. Вторая ступень биологиче-

ской очистки должна обеспечить обработку сточных вод до требуемых

показателей. Для подачи сточной воды на вторую ступень очистки

необходимо устройство дополнительной насосной станции.

Метод реконструкции сооружений биофильтра с плоскостной

загрузкой без увеличения высоты ее слоя

не обеспечивает улучшения

качественных показателей очищенной воды.

В результате реконструкции капельных биофильтров пропуск-

ная способность очистных сооружений увеличивается в 4-6 раз.

Изменение технологической схемы работы капельных

биофильтров.

Движение сточной воды по очистным сооружениям после ре-

конструкции осуществляется следующим образом: после песколовок

сточная вода поступает непосредственно на биофильтры с плоскост-

ной

загрузкой без первичного отстаивания. Для биофильтра с плоско-

стной загрузкой используется часть капельного биофильтра с увеличе-

нием слоя загружаемого материала до 3-4 м.

После первой ступени очистки сточная вода насосами перекачи-

вается в существующие двухъярусные отстойники и доочищается в

капельных биофильтрах. После отстаивания во вторичном отстойнике

и дезинфекции очищенная вода сбрасывается

в водоем.

Реконструкция высоконагружаемых биофильтров.

Для интенсификации работы высоконагружаемых биофильтров

и улучшения эффективности очистки сточных вод на очистных соору-

жениях можно применять несколько вариантов реконструкции. Мето-

ды интенсификации работы высоконагружаемых биофильтров путем

реконструкции мало чем отличаются от реконструкции капельных

биофильтров. Из большого количества вариантов реконструкции вы-

делим и рассмотрим два решения, которые чаще всего применяются.

1. Реконструкция высоконагружаемых биофильтров путем

замены загружаемого материала на плоскостной.

Для этого необходимо выполнить следующие работы: смонти-

ровать новую водораспределительную систему; нарастить высоту стен

биофильтра; заменить существующие лотки на каналы большей про-

пускной способности; переоборудовать систему подачи сточной воды

на очистку; заменить водоотводные лотки ко вторичным отстойникам.

215

Высота ограждающих конструкций высоконагружаемых био-

фильтров увеличивается до 3-4 м, в качестве плоскостного загружае-

мого материала возможно использовать рулонный загрузочный мате-

риал из гофрированного вторичного полиэтилена. Для орошения по-

верхности загрузочного материала можно использовать оросители

струйного типа.

2. Изменение технологической схемы работы высоконагру-

жаемых биофильтров с заменой загрузочного материала.

В данном случае

рассматривается только реконструкция био-

фильтров с изменением технологической схемы очистки сточных вод.

Проанализируем три возможных варианта реконструкции на примере

очистной станции с двумя аэрофильтрами (рис. 7.3).

Первый вариант. Реконструкция обоих аэрофильтров путем за-

мены гравийной загрузки на плоскостную (пластмассовую) с работой

их по двухступенчатой технологической схеме (рис. 7.3 б).

Рис. 7.3. Существующая схема очистки на аэрофильтрах до

реконструкции и варианты реконструкции высоконагружае-

мых биофильтров: а– существующая схема очистки сточных

вод; б– с полной заменой загрузочного материала в аэрофильтрах;

в- с заменой загрузочного материала в одном аэрофильтре:

1-существующие аэрофильтры; 2-трубопровод для подачи не-

очищенной сточной воды; 3-напорный трубопровод неочищенной

сточной

воды; 4-трубопровод очищенной сточной воды после

аэрофильтров; 5-очищенная сточная вода после аэрофильтров; 6-

биофильтр с пластмассовой загрузкой; 7-очищенная сточная вода

на третичные отстойники; 8-третичные отстойники; 9-насосная

станция; 10-напорный трубопровод на вторую ступень биофильт-

ров; 11-вторичные отстойники; 12-реактивные оросители; 13-

биофильтры второй ступени очистки с пластмассовой загрузкой

216

Второй вариант. Реконструкция всех биофильтров с заменой

загрузочного материала. При этом сохраняется одноступенчатая схема

работы биофильтров.

Третий вариант. Реконструкция одного из биофильтров с заме-

ной загрузочного материала. В этом случае работа сооружений также

будет осуществляться по двухступенчатой схеме: на первой степени

работает биофильтр с плоскостной загрузкой, на второй – аэрофильтр

(

рис. 7.3 в).

Для реализации первого и второго вариантов реконструкции по-

требуется строительство дополнительных отстойников после био-

фильтров с плоскостной загрузкой и насосной станции для перекачки

осветленной воды после отстойников на вторую ступень в аэрофильтр.

Использование рециркуляции сточных вод.

Рециркуляция, то есть повторная подача на биофильтры части

очищенных сточных вод вместе

с неочищенными сточными водами,

увеличивает производительность биофильтров и повышает эффектив-

ность биологической очистки. Вода, которая возвращается на био-

фильтры, несет с собой кислород, нитриты и нитраты, аэробные мик-

роорганизмы и ферменты. Вследствие этого смесь рециркуляционной

воды с неочищенными сточными водами приобретает свойства, кото-

рые обеспечивают повышение скорости окисления загрязнений био-

пленкой

В случае использования рециркуляции значительно повышается

эффективность участия в процессе очистки нижних слоев загрузки

биофильтра, уменьшается опасность заиливания загрузки, сглажива-

ются пики концентраций загрязнений сточных вод, обеспечивается

более равномерная гидравлическая нагрузка на биофильтр в течение

суток.

Согласно [58]рециркуляция обязательна во всех случаях, когда

БПК сточных вод превышает 220 мг/л при

очистке их на капельных

биофильтрах, 300 мг/л при очистке на высоконагружаемых биофильт-

рах и 250 мг/л - на биофильтрах с пластмассовой загрузкой.

Рециркуляция, как способ интенсификации работы действую-

щих биофильтров, может быть осуществлена несколькими путями.

Рециркуляционную воду можно отбирать из канала после вторичных

отстойников и смешивать ее со сточными водами, очищенными в

пер-

вичных отстойниках (рис. 7.4а). В этом случае введение рециркуляции

увеличивает нагрузку на вторичные отстойники, поэтому в большин-

стве случаев необходимо строить дополнительные отстойники.

217

Рис.7.4. Схема очистки сточных вод на биофильтрах с рецир-

куляцией очищенной воды: 1-первичный отстойник; 2-

биофильтр; 3-вторичный отстойник; 4-рециркуляционная вода;

5-насос; 6-биопленка; 7-сырой осадок; 8-рециркуляционная вода

с биопленкой

Роль рециркуляции существенно повышается в случае, когда

рециркуляционная вода забирается вместе с осевшей биопленкой из

осадочной части вторичных отстойников и смешивается с неочищен-

ными сточными водами перед первичными отстойниками (рис. 7.4 б).

В смеси сточных вод уже на этапе первичной очистки начина-

ются процессы биологической очистки, часть растворенных и колло-

идных

загрязнений удаляется из воды за счет их биокоагуляции био-

пленкой.

Описанный способ рециркуляции позволяет сохранить сущест-

вующий объем вторичных отстойников, рабочая зона которых рассчи-

тывается в таком случае только на расход очищаемых сточных вод, но

предполагает увеличение объема первичных отстойников пропорцио-

нально рециркуляционному расходу.

Необходимо указать, что суммарный объем первичных и

вто-

ричных отстойников при приведенных выше способах рециркуляции

не изменяется, если продолжительность первичного и вторичного от-

стаивания, а также коэффициенты рециркуляции одинаковы.

В работе [76]описан способ очистки сточных вод, в котором ра-

ционально соединены рециркуляция очищенной воды и флотационное

осветление сточных вод перед их подачей на биологические фильтры.

Суть способа

состоит в том, что рециркуляционная вода, отбираемая

вместе с биопленкой из осадочной части вторичных отстойников, ис-

пользуется как рабочая жидкость для флотационного биокоагулятора,

который используется для предварительного осветления сточных вод

(рис.7.5).

218

Рис.7.5. Схема очистки сточных вод на биофильтрах с предва-

рительным флотационным осветлением воды: 1-флотационный

биокоагулятор; 2-биофильтр; 3-вторичный отстойник; 4-насос; 5-

водоструйный эжектор; 6-напорный бак; 7-рециркуляционная рабо-

чая жидкость; 8-осадок; 9-флотационный шлам

Исследование предложенной схемы показало возможность

повышения производительности биофильтра на 37..40% по сравнению

с традиционной. Реализация такой схемы на

действующих станциях с

высоконагружаемыми биофильтрами возможна при небольших капи-

тальных затратах.

Расчет биофильтров выполняется согласно действующим нор-

мативным документам [58]с учетом снижения БПК

полн

при флотацион-

ном осветлении смеси сточных вод и рециркуляционной воды на 35 %

[59].Расчетный объем рабочей зоны флотационных биокоагуляторов

должен определяться по продолжительности пребывания в ней смеси

рециркуляционной и сточной воды на протяжении 30 мин при гидрав-

лической нагрузке 6 м

/(м

·ч). Конструкция флотационного биокоагу-

лятора выбирается с учетом удобства удаления флотационного шлама

и осадка, а также конкретных условий их строительства. Переоборудо-

вание во флотационные биокоагуляторы первичных отстойников вы-

полняется по рекомендациям и схемам, приведенным в [59].

Увеличение производительности существующих биофильт-

ров за счет увеличения количества подаваемого кислорода

Одним из путей повышения производительности существую-

щих биофильтров может быть применение искусственной вентиляции

загрузки для капельных биофильтров, или увеличение удельного рас-

хода воздуха на аэрофильтрах.

219

Дефицит кислорода в особенности наблюдается в капельных и

высоконагружаемых биофильтрах с объемной загрузкой из щебня,

гравия, керамзита, кокса, шлака. Активная биомасса в таких био-

фильтрах очень неравномерно распределена по высоте загрузки. Около

70% аэробных микроорганизмов сосредоточено в верхнем слое загруз-

ки толщиной до 250 мм. В более глубоких слоях в большом количестве

присутствуют анаэробные микроорганизмы, что является следствием

ощутимого здесь дефицита кислорода.

Существование в загрузке анаэробных зон обусловлено прежде

всего ее заиливанием из-за перегрузки биофильтра поступающими

загрязнениями при недостаточной гидравлической нагрузке. Вместе с

тем дефицит кислорода в загрузке биофильтров может быть вызван

недостаточной интенсивностью ее вентиляции, в особенности естест-

венной, рассчитанной, в

основном, на поступление воздуха в толщу

загрузки, обусловленное разницей температур внутри и вне био-

фильтра. Интенсивность естественной вентиляции загрузки зависит от

ее сопротивления движению воздуха, которое возрастает при заилива-

нии загрузки биопленкой. Прекращение поступления кислорода в за-

грузку вызывает гниение биопленки и выход биофильтра из работы.

Такой опасности в большей

мере подвержены капельные биофильтры.

Аэрацию загрузки может улучшить применением вентиляторов

для подачи воздуха в междудонное пространство под слой загрузочно-

го материала.

Определенное путем расчета необходимое количество воздуха

способно обеспечить биохимические процессы кислородом только в

случае равномерного распределения его по всему объему загрузки, что

возможно лишь при одинаковом его гидравлическом сопротивлении

по

всей площади биофильтра. К сожалению, такие случаи встречаются

очень редко вследствие неоднородности загрузки биофильтра по гра-

нулометрическому составу и наличию локальных заиленных участков.

Поэтому перед переводом биофильтра на работу с искусственной вен-

тиляцией необходимо устранить непроницаемость для воды и воздуха

отдельных участков загрузки, что наблюдается чаще всего в местах,

где

сосредоточен неоднородный загрузочный материал, или не обес-

печена достаточная интенсивность орошения загрузки. В случае необ-

ходимости нужно промыть или заменить всю загрузку биофильтра или

ее верхний слой. Биофильтры при переводе их с естественной на ис-

кусственную вентиляцию загрузки оборудуются герметичными за-

глушками на отверстиях, которые используются в случае естественной

220

Рис.7.6. Биофильтр с вентиляцией загрузки в направ-

лении сверху вниз: 1-подводящий трубопровод; 2-

распределительный трубопровод; 3-отвод очищенной

воды; 4-гидравлический затвор; 5-вентилятор

вентиляции загрузки, а также гидрозатворами на лотках или трубопро-

водах для отвода очищенной воды.

Известно, что процесс биологической очистки сточных вод на

биофильтрах можно интенсифицировать вентиляцией загрузки в на-

правлении сверху вниз, то есть одинаковому с направлением движения

воды в биофильтре. При такой системе свежий воздух с большим со-

держанием кислорода

поступает в верхнюю зону загрузки, где с наи-

большей интенсивностью протекают биохимические процессы окис-

ления загрязнений и потребность в кислороде максимальна. Биофильт-

ры с нисходящим потоком воздуха работают надежно и отличаются от

обычных повышенной окислительной мощностью. Но такие био-

фильтры приходится делать закрытыми, что усложняет их конструк-

цию [77].

Вместе с

тем возможен простой способ решения задачи венти-

ляции открытых биофильтров с подачей воздуха в загрузку в направ-

лении сверху вниз. Для этого необходимо подключить всасывающий

воздуховод вентилятора или воздуходувки к междудонному простран-

ству биофильтра, что обеспечит необходимое направление движения

воздуха в загрузке (рис. 7.6).

Для повышения

степени использования кислорода воздуха и

уменьшения затрат электроэнергии на вентиляцию загрузки, воздух,

который забирается из междудонного пространства одного биофильт-

ра, тем же самым вентилятором может быть подан в другой биофильтр

для обычной вентиляции загрузки в направлении снизу вверх.

Интенсификация биофильтров за счет применения