Василенко А.А., Грабовський П.А., Ларкіна Г.М., Поліщук А.В., Прогульний В.І. Реконструкція і інтенсифікація споруд водопостачання та водовідведення

Подождите немного. Документ загружается.

Для цього необхідно збільшити висоту шару завантажувального мате-

ріалу мінімум до 2 м, установити низьконапірні вентилятори; підвести повіт-

ропроводи до вікон у міждонному просторі; змонтувати та встановити у ка-

налах на виході з біофільтрів гідравлічні затвори для запобігання витоку по-

вітря в атмосферу. Пропускна здатність біофільтра при цьому може бути збі-

льшена в 1,5 - 2,5 рази.

2 варіант - реконструкція краплинного біофільтра в біофільтр із пло-

щинним завантаженням (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Варіанти реконструкції краплинних біофільтрів із

заміною об’ємного завантаження на площинну:

1 – об’ємне

завантаження біофільтру; 2 - дозувальні баки; 3 - площинне зава-

нтаження

При заміні об’ємного завантажувального матеріалу на площинний не-

обхідно враховувати, що оптимальна висота площинного завантаження пови-

нна бути не менше 3-4 м. На рис. 7.2 приведені можливі варіанти реконстру-

кції краплинних біофільтрів із заміною завантаження на пластмасову.

У всіх випадках очищення стічних вод здійснюється по двоступеневій

технологічній схемі. При цьому на першій ступені використовується біо-

фільтр із площинним завантаженням, а на другій ступені очищення залиша-

ється краплинний біофільтр. Друга ступінь біологічного очищення повинна

забезпечити очищення стічних вод до показників, що вимагаються. Додатко-

во для подачі стічної води на другу ступінь очищення необхідне влаштування

насосної станції.

Метод реконструкції споруд без збільшення висоти шару завантаження

біофільтру із площинним завантаженням не забезпечує покращення якісних

показників очищеної води.

211

В результаті реконструкції краплинних біофільтрів пропускна здат-

ність очисних споруд збільшується в 4-6 разів.

Зміна технологічної схеми роботи краплинних біофільтрів.

Рух стічної води по очисним спорудам після реконструкції здійсню-

ється наступним чином: після пісковловлювачів стічна вода надходить без-

посередньо на біофільтри із площинним завантаженням без первинного від-

стоювання. Для біофільтру із площинним завантаженням використовується

частина краплинного біофільтра із збільшенням шару завантажувального

матеріалу до 3-4 м.

Після першої ступені очищення стічна вода насосами перекачується в

існуючі двоярусні відстійники і доочищується в краплинних біофільтрах;

після відстоювання у вторинному відстійнику і після дезінфекції очищена

вода скидається у водойму.

Реконструкція високонавантажувальних біофільтрів.

Для інтенсифікації роботи високонавантажувальних біофільтрів і по-

кращення ефективності очищення стічних вод на очисних спорудах можна

застосовувати декілька варіантів реконструкції. Методи інтенсифікації робо-

ти високонавантажувальних біофільтрів шляхом реконструкції мало чим від-

різняються від реконструкції краплинних біофільтрів. Із великої кількості

варіантів реконструкції виділимо і розглянемо два рішення, що найбільше

часто застосовується.

1. Реконструкція високонавантажувальних біофільтрів шляхом

заміни завантажувального матеріалу на площинний.

Для цього необхідно виконати наступні роботи: змонтувати нову водо-

розподільну систему; наростити висоту стін біофільтра; замінити існуючі

лотки на канали більшої пропускної здатності; переобладнати систему подачі

стічної води на очищення; замінити водовідвідні лотки до вторинним від-

стійникам.

Висота огороджуючих конструкцій високонавантажувальних біофільт-

рів збільшується до 3-4 м, у якості площинного завантажувального матеріалу

можливо використовувати рулонний завантажувальний матеріал з гофрова-

ного вторинного поліетилену. Для зрошення поверхні завантажувального

матеріалу можливо застосувати зрошувачі струминного типу.

2. Зміна технологічної схеми роботи високонавантажувальних біо-

фільтрів, із заміною завантажувального матеріалу.

У даному випадку розглядається тільки реконструкція біофільтрів із

зміною технологічної схеми очищення стічних вод. Проаналізуємо три мож-

212

ливих варіанти реконструкції на прикладі очисної станції з двома аерофільт-

рами (рис. 7.3).

а) б) в)

Рис. 7.3. Існуюча схема очищення на аерофільтрах до реконс-

трукції і варіанти реконструкція високонавантажувальних

біофільтрів

: а – існуюча схема очищення стічних вод; б - з по-

вною заміною завантажувального матеріалу в аерофільтрах; в - із

заміною завантажувального матеріалу в одному з аерофільтрів: 1 -

існуючі аерофільтри; 2 - трубопровід для подачі неочищеної стіч-

ної води; 3 - напірний трубопровід неочищеної стічної води; 4 –

трубопроводи очищеної води після аерофільтрів; 5 - очищена сті-

чна вода після аерофільтрів у вторинні відстійники; 6 - біофільтри

із пластмасовим завантаженням; 7 - очищена стічна вода на тре-

тинні відстійники; 8 – третинні відстійники; 9 - насосна станція;

10 - напірний трубопровід на другу ступінь біологічного очищен-

ня; 11- вторинний відстійник; 12 - реактивні зрошувачі; 13 - біо-

фільтр другої ступені очищення з пластмасовим завантаженням.

Перший варіант. Реконструкція обох аерофільтрів шляхом заміни гра-

війного завантаження на площинну (пластмасову) з роботою їх по двоступін-

частій технологічній схемі (рис. 7.3 б).

Другий варіант. Реконструкція всіх біофільтрів із заміною завантажу-

вального матеріалу. При цьому зберігається одноступінчаста схема роботи

біофільтрів.

Третій варіант. Реконструкція одного з біофільтрів із заміною заван-

тажувального матеріалу. У цьому випадку робота споруд також буде здійс-

нюватися за двоступінчастою схемою: на першій ступені працює біофільтр із

площинним завантаженням, на другій – аерофільтр (рис. 7.3 в).

Для реалізації першого та третього варіантів реконструкції буде потрі-

бно будівництво додаткових відстійників після біофільтрів із площинним

завантаженням і насосної станції для перекачування проясненої води після

відстійників на другу ступінь в аерофільтр.

213

Використання рециркуляції стічних вод.

Рециркуляція, тобто повторна подача на біофільтри частини очищених

стічних вод разом з неочищеними стічними водами, збільшує продуктивність

біофільтрів і підвищує ефективність біологічної очистки. Вода, що поверта-

ється на біофільтри, несе з собою кисень, нітрити та нітрати, аеробні мікро-

організми та ферменти. Внаслідок цього суміш рециркуляційної води з не-

очищеними стічними водами набуває властивостей, які забезпечують підви-

щення швидкості окислення забруднень біоплівкою.

У разі використання рециркуляції із значно більшою ефективністю бе-

руть участь у процесі очистки нижні шари завантаження біофільтру, зменшу-

ється небезпека замулювання завантаження, згладжуються піки концентрацій

забруднень стічних вод, забезпечується більш рівномірне гідравлічне наван-

таження на біофільтр протягом доби.

Згідно [58] рециркуляція обов'язкова в усіх випадках, коли БСК стіч-

них вод перевищує 220 мг/л при очистці їх на краплинних біофільтрах, 300

мг/л при очистці на високонавантажуваних біофільтрах і 250 мг/л - на біофі-

льтрах з пластмасовим.

Рециркуляція, як спосіб інтенсифікації роботи діючих біофільтрів, мо-

же бути здійснена кількома шляхами. Рециркуляційну воду можна відбирати

з каналу після вторинних відстійників і змішувати її із стічними водами,

очищеними у первинних відстійниках, (рис. 7.4а). У цьому випадку введення

рециркуляції збільшує навантаження на вторинні відстійники, тому у більшо-

сті випадків необхідно будувати додаткові відстійники.

Рис

.7.4. Схема очистки стічних вод на біофільтрах з рециркуля-

цією очищеної води:

1-первинний відстійник; 2-біофільтр; 3-

вторинний відстійник; 4-рециркуляційна вода; 5-насос; 6-біоплівка;

7-сирий осад; 8-рециркуляційна вода з біоплівкою

Роль рециркуляції суттєво підвищується у випадку, коли рециркуля-

ційна вода забирається разом з біоллівкою, що осіла, з осадової частини вто-

ринних відстійників і змішується з неочищеними стічними водами перед пер-

винними відстійниками (рис. 7.4б).

214

У суміші стічних вод вже на етапі первинної очистки починаються

процеси біологічної очистки, частина розчинених і колоїдних забруднень

видаляється з води за рахунок біокоагуляції їх біоплівкою.

Описаний спосіб рециркуляції дозволяє зберегти попередній об'єм

вторинних відстійників, робоча зона яких розраховується в такому випадку

тільки на витрату стічних вод, що очищуються, але зумовлює збільшення

об'єму первинних відстійників пропорційно до рециркуляційної витрати. Не-

обхідно зазначити, що сумарний об'єм первинних і вторинних відстійників

при впровадженні наведених вище способів рециркуляції не змінюється, як-

що тривалість первинного та вторинного відстоювання, а також коефіцієнти

рециркуляції однакові.

В роботі [76] описаний спосіб очистки стічних вод, в якому раціональ-

но сполучені рециркуляція очищеної води і флотаційне прояснення стічних

вод перед подачею їх на біологічні фільтри. Суть способу полягає в тому, що

рециркуляційна вода, відбирається разом з біоплівкою з осадової частини

вторинних відстійників використовується як робоча рідина для флотаційного

біокоагулятору, який використовується для попереднього прояснення стічних

вод (рис. 7.5).

Рис.7.5. Схема очищення стічних вод на біофільтрах з попере-

днім флотаційним освітленням води:

1-флотаційний біокоагуля-

тор; 2-біофільтр; 3-вторинний відстійник; 4-насос; 5-

водоструминний ежектор; 6-напірний бак; 7-рециркуляційна робоча

рідина; 8-осад; 9-флотаційний шлам

Дослідження запропонованої схеми показало збільшення продуктив-

ності біофільтру на 37..40% порівняно із традиційною. Реалізація такої схеми

на діючих станціях із високонавантажувальними біофільтрами можлива із

невеликими капітальними затратами.

Розрахунок біофільтрів виконується згідно діючим нормативним до-

кументам [58] з урахуванням зниження БСК

повн

при флотаційному проясненні

215

суміші стічних вод і рециркуляційної води на 35 % [59]. Розрахунковий об'єм

робочої зони флотаційних біокоагуляторів повинен визначатися за триваліс-

тю перебування у ній суміші рециркуляційної та стічної води протягом 30

хв. при гідравлічному навантаженні 6 м

/(м

·год). Конструкція флотаційного

біокоагулятора вибирається з урахуванням зручності видалення флотаційного

шламу та осаду, а також конкретних умов їх будівництва. Переобладнання у

флотаційні біокоагулятори первинних відстійників виконується за рекомен-

даціями та схемами, наведеними у [59].

Збільшення продуктивності існуючих біофільтрів за рахунок збі-

льшення кількості кисню, що подається

Одним із шляхів підвищення продуктивності існуючих біофільтрів

може бути застосування штучної вентиляції завантаження для краплинних

біофільтрів, або збільшення питомої витрати повітря на аерофільтрах.

Дефіцит кисню може бути особливо виражений у крапельних і високо-

навантажувальних біофільтрах з об'ємним завантаженням з щебеню, гравію,

керамзиту, коксу, шлаку. Активна біомаса у таких біофільтрах дуже нерівно-

мірно розподілена за висотою завантаження. Близько 70% аеробних мікроор-

ганізмів зосереджено у верхньому шарі завантаження товщиною до 250 мм. У

глибших шарах у великій кількості присутні анаеробні мікроорганізми, що є

наслідком відчутного тут дефіциту кисню.

Існування у завантаженні анаеробних зон зумовлено насамперед його

замулюванням через перевантаження біофільтра забрудненнями, що надхо-

дять, при недостатньому гідравлічному навантаженні. Разом з тим дефіцит

кисню у завантаженні біофільтрів може бути викликаний недостатньою інте-

нсивністю його вентиляції, особливо природної, розрахованої в основному на

надходження повітря у товщу завантаження, то зумовлене різницею його те-

мператур всередині та зовні біофільтра. Інтенсивність природної вентиляції

завантаження залежить від його опору руху повітря, який зростає при заму-

люванні завантаження біоплівкою. Припинення надходження кисню у заван-

таження спричинює гниття біоплівки і вихід біофільтра з ладу. Такій небез-

пеці найбільшою мірою піддаються крапельні біофільтри.

Аерацію завантаження може поліпшити застосування вентиляторів для

подачі повітря у міждонний простір під шар завантажувального матеріалу.

Визначена шляхом розрахунку необхідна кількість повітря здатна за-

безпечити біохімічні процеси киснем тільки у разі рівномірного розподілу

його за всім об'ємом завантаження, що можливо лише при однаковому його

гідравлічному опорі за всією площею біофільтра. На жаль, такі випадки трап-

ляються дуже рідко внаслідок неоднорідності завантаження біофільтра по

гранулометричному складу і наявності локальних замулених ділянок. Тому

216

перед переведенням біофільтра на роботу зі штучною вентиляцією необхідно

усунути непрохідність для води і повітря окремих ділянок завантаження, яка

спостерігається найчастіше у місцях, де зосереджений неоднорідний заван-

тажувальний матеріал, або не забезпечена достатня інтенсивність зрошення

завантаження. У разі необхідності потрібно промити чи замінити все заван-

таження біофільтра або його верхній шар. Біофільтри при переведенні їх з

природної на штучну вентиляцію завантаження обладнуються герметичними

заглушками на отворах, які використовуються у разі природної вентиляції

завантаження, а також гідрозатворами на лотках або трубопроводах для від-

ведення очищеної води.

Відомо, що процес біологічної очистки стічних вод на біофільтрах мо-

жна інтенсифікувати вентиляцією завантаження у напрямі зверху вниз, тобто

однаковому з напрямом руху води в біофільтрі. За такої системи свіже повіт-

ря з більшим вмістом кисню надходить у верхню зону завантаження, де з

найбільшою інтенсивністю протікають біохімічні пронеси окислення забруд-

нень і потреба в кисні максимальна. Біофільтри з низхідним потоком повітря,

працюють надійно і відрізняються від звичайних підвищеною окислюваль-

ною потужністю. Але такі біофільтри доводиться робити закритими, що

ускладнює їх конструкцію [77].

Рис.7.6. Біофільтр з вентиляцією завантаження в на-

прямку зверху вниз:

1-підвідний трубопровід; 2-

розподільчий трубопровід; 3-відвід очищеної води; 4-

гідравлічний затвор; 5-вентилятор

Водночас можливий простий спосіб вирішення завдання вентиляції

відкритих біофільтрів з подачею повітря у завантаження в напрямку зверху

вниз. Для цього необхідно ввімкнути всмоктуючий повітропровід вентилято-

ру або повітродувки до міждонного простору біофільтру, що забезпечить не-

обхідний напрям руху повітря у завантаженні (рис. 7.6).

З метою підвищення ступеню використання кисню повітря і зменшен-

ня витрат електроенергії на вентиляцію завантаження, повітря, яке забираєть-

217

ся з міждонного простору одного біофільтра, тим самим вентилятором може

бути подане в інший біофільтр для звичайної вентиляції завантаження у на-

прямку знизу вверх.

Інтенсифікація біофільтрів за рахунок застосування двоступенево-

го режиму роботи

Використання двоступеневого режиму роботи біофільтрів дозволяє

збільшити гідравлічне навантаження на окремі споруди і загальну потужність

блоку біологічної очистки. Згідно з [78] при реконструкції діючих біофільтрів

може бути використана ступінчаста технологічна схема, зображена на рис.

7.7.

Рис.7.7. Двоступінчаста технологія очистки стічних вод на

біофільтрах по горизонтальній (а) та вертикальній (б) схе-

мам

: 1-подача стічної води; 2-біофільтр першої ступені; 3- біо-

фільтр другої ступені; 4-вторинний відстійник; 5-відвід очище-

ної стічної води

В цій схемі співвідношення об’ємів біофільтрів першого та другого

ступенів знаходяться в межах 1:1,5...2. Відстійники між першою та другою

ступенями відсутні. Таким чином, біоплівка, яка виноситься з біофільтрів

першого ступеня продовжує працювати в біофільтрах другого ступеня, забез-

печуючи адгезійно-окислювальне видалення забруднень. Для того, щоб уни-

кнути замулювання завантаження, крупність щебеню повинна бути не менша

за 50 мм, а гідравлічні навантаження повинні визначатися відповідними роз-

рахунками [78].

218

Двоступінчаста очистка стічних вод може вимагати збільшення пропу-

скної здатності трубопроводів, які обслуговують окремі секції біофільтрів,

встановлення насосів для подачі стічних вод на біофільтри другого ступеня і

влаштування проміжних вторинних відстійників з тривалістю відстоювання 1

год. після біофільтрів першого ступеню.

При переведенні біофільтрів на режим двоступінчастої очистки необ-

хідно враховувати, що згідно з діючими нормативами гідравлічні наванта-

ження на біофільтри мають перебувати у нормованих межах, І...З м

/(м

·добу)

для крапельних біофільтрів, 10...З0 м

/(м

· добу) – для високонавантажува-

них. Разом з тим, як показує досвід, ефективна робота біофільтрів при рецир-

куляції та подачі достатньої кількості повітря можлива при значно більших,

за нормовані, гідравлічних навантаженнях [59,78].

Контрольні питання

1. Мета інтенсифікації роботи біологічних фільтрів?

Які заходи необхідно здійснювати для вирішення питань реконст-

рукції біологічних фільтрів?

Які існують основні методи інтенсифікації роботи біофільтрів?

Наведіть принципові технологічні схеми реконструкції діючих ста-

нцій з біофільтрами.

Як можна інтенсифікувати роботу високонавантажуваних біофільт-

рів?

Вплив вентиляції завантаження біофільтрів на їх роботу?

Які використовують двоступінчасті технологічні схеми очищення

стічних вод на біофільтрах?

7.2. АЕРАЦІЙНІ СПОРУДИ

Необхідність інтенсифікації роботи аераційних споруд виникає при:

• збільшенні витрати стічних вод;

• погіршенні якості очищення або при пред'явленні більш висо-

ких вимог до останньої;

• необхідності зниження споживання електроенергії.

Для інтенсифікації роботи аераційних споруд існують наступні основні

способи:

• збільшення маси активного мулу, що бере участь у процесі

очистки;

219

• впровадження технології біологічного видалення азоту і фос-

фору;

• оптимізація роботи аераційної системи, включаючи викорис-

тання високоефективних аераторів;

• удосконалення гідродинамічного режиму роботи аеротенків;

• використання двоступінчастого очищення стічних вод;

• використання флотаційних аеротенків-освітлювачів і аеротен-

ків із глибинною аерацією.

Впровадження вищезазначених способів на очисних спорудженнях

може відбуватися шляхом:

• будівництва нових аераційних споруд;

• реконструкції та інтенсифікації діючих.

Вибираючи варіант потрібно враховувати той фактор, що у першу чер-

гу будуть фінансувати ті заходи, що мають невеликі капітальні затрати і при-

носять безсумнівний економічний ефект як з погляду оздоровлення екологіч-

ної обстановки, так і економії матеріальних і енергетичних ресурсів. Тому за

таких умов реконструкція й інтенсифікація діючих споруд є більш перспек-

тивним варіантом.

7.2.1. Збільшення маси активного мулу, що бере участь у процесі

очистки

Підвищення концентрації активного мулу в аеротенках є основним з

можливих шляхів інтенсифікації їх роботи. Однак цей спосіб має як переваги

так і недоліки. Основна перевага полягає у можливості значного збільшення

окислювальної потужності аеротенка. Так, вважається, що зростання остан-

ньої від 0,5–1 до 12 кг БСК

повн

/(м

·добу) відбувається при підвищенні дози

активного мулу в зоні аерації відповідно від 1–2 г/л до 25 г/л. Проте, збіль-

шення концентрації активного мулу в аеротенку зумовлює збільшення вино-

су його із вторинних відстійників внаслідок погіршення гравітаційного розді-

лення мулової суміші при підвищенні її концентрації. Крім цього в такій си-

туації виникає небезпека тривалого перебування активного мулу в анаеробній

частині вторинного відстійника, що може викликати зниження активності

мулу та в окремих випадках навіть його загнивання. Зважаючи на це, інтен-

сифікацію роботи аеротенків необхідно здійснювати із врахуванням техноло-

гічного режиму роботи вторинних відстійників. Нормальна робота останніх

забезпечується при надходженні в них із діючих аеротенків концентрацій

активного мулу в певних межах. Гранична концентрація для аеротенків різ-

них очисних споруд може бути різною, залежною від багатьох факторів. При

збільшенні до можливої границі концентрації активного мулу в аеротенках

220