Материал: Гончарук учебник

РАЗДЕЛ II. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

В выборе методов стабилизации, обезвоживания и обезвреживания осадка следует учитывать местные условия (климатические, гидрогеологические, гра­ достроительные, агротехнические и пр.), а также физико-химические и теплофизические характеристики осадка, их способность к водоотдаче.

На очистных канализационных станциях или мусороперерабатывающих за­ водах может осуществляться совместная обработка обезвоженного осадка и твер­ дых бытовых отходов. После обезвоживания осадок городских и близких к ним по составу промышленных сточных вод при соответствующем научном обос­ новании можно использовать как органоминеральные удобрения.

Метантенки — закрытые цилиндрические железобетонные резервуары с куполообразным герметическим перекрытием и коническим днищем, предна­ значенные для сбраживания осадка. Их устраивают на очистных канализаци­ онных станциях мощностью свыше 10 000 м3/сут.

Объем метантенков в зависимости от мощности станции может доходить до нескольких тысяч кубических метров.

В верхней части куполообразного перекрытия устанавливают колпак для сбора газа, образуемого во время сбраживания осадка, и отведения в газовую сеть или непосредственно для использования. Поскольку газ поступает в соо­ ружения неравномерно, на тупиковых концах такой сети целесообразно устра­ ивать газгольдеры, которые выравнивают давление газа в сети. Для ускорения процессов сбраживания осадок подогревают "острым" паром (100—110 °С). Его подают во всасывающую трубу насоса при поступлении и перемешивании осадка или непосредственно в метантенк при помощи энсектирующих устройств. Пар смешивается с осадком, конденсируется и нагревает его до температуры 70—80 °С. Благодаря такой температуре происходит полная дегельминтизация и отмирание патогенной микрофлоры. Обезвреживание осадка в метантенке при высокой температуре среды происходит быстрее и эффективнее, чем в иловой камере двухъярусного отстойника. Это, несомненно, является гигиеническим преимуществом способа обеззараживания осадков сточных вод.

Обычно для сбраживания поступает смесь свежего осадка из первичных отстойников и уплотненного избыточного активного ила из вторичных отстой­ ников. Допускается подача в метантенки и других органических веществ, кото­ рые подлежат сбраживанию. Это измельченные отходы, снимаемые с решеток, бытовой мусор, промышленные отходы органического происхождения и пр.

В норме в метантенках, где процесс мезофильного сбраживания происхо­ дит при температуре 33 °С или термофильного — при температуре 53 °С выде­ ляется газ, содержащий 62—64% метана, 32—34% — углекислого газа, почти 4% водорода, кислорода и азота (вместе взятых). Исследованиями установле­ но, что в метантенках органические вещества распадаются в среднем на 40%. Наибольшему распаду подлежат жироподобные вещества и углеводы. Удаляе­ тся сброженный осадок из метантенка и поступает в него свежая смесь осадка сточных вод с избыточным активным илом при помощи специальных трубо­ проводов.

Биологическая пленка из отстойников после биологических фильтров, а так­ же избыточный активный ил из вторичных отстойников после аэротенков может

266

Рис. 44. Иловые площадки (схема):

1 — канал для подведения ила; 2 — шиберы, регулирующие напуск ила; 3 — лотки для выпуска ила; 4 — узкоколейка для вагонеток; 5 — кирпичный канал для сбора дренажной воды; 6 — трубчатый дренаж; 7 — слой щебня; 8 — слой песка; 9 — слой ила; 10 — основа иловой площадки из жирной глины

подаваться непосредственно в метантенки или первичные отстойники, а уже оттуда — в метантенки.

Иловые площадки. Осадок сточных вод, а также смесь осадка сточных вод и избыточного активного ила, выгружаемые из метантенков, двухъярусных отстойников, других сооружений, имеют высокую влажность. В частности, влажность осадка из метантенков — 96—97%, из двухъярусных отстойников — до 90%. Для дальнейшего использования его нужно высушивать. Для этого су­ ществуют разные способы, но чаще всего осадок высушивают на иловых пло­ щадках (рис. 44). После пребывания на иловых площадках влажность осадка снижается до 75%, в результате чего его объем уменьшается в 3—8 раз.

Для высушивания осадка используют иловые площадки на природной основе (без дренажа и с дренажом), на искусственной асфальтобетонной с дре­ нажом, каскадные с отстаиванием и поверхностным удалением иловой воды, площадки-уплотнители.

Требования к проектированию и устройству иловых площадок определе­ ны СНиП 2.04.03-85. Их строят на хорошо спланированных участках земли (картах). Площадки на природной основе допускается проектировать при усло­ вии залегания грунтовых вод на глубине не менее 1,5 м от поверхности карт и когда исключается опасность загрязнения грунтовых вод. В других вариантах дно иловых площадок делают непроницаемым. На дно укладывают дренаж­ ные трубы и материал для фильтрования разной величины высотой 30—50 см.

Со всех сторон такие карты ограждают земляными валиками, на 0,3 м вы­ ше рабочего уровня. Рабочая глубина карт составляет 0,7—1 м. Осадок на­ ливают на карты периодически слоями 0,2—0,25 м. Благодаря дренированию ил быстро подсыхает. Дренажная вода от сброженного ила не требует очистки. Ее можно отвести непосредственно в водоем или на хлорирование вместе с об­ щим потоком очищенной сточной воды. В то же время дренажная вода от све­ жего ила может загнивать, очень загрязнена и поэтому обязательно должна быть возвращена на сооружения для биологической очистки.

При пребывании на картах иловых площадок осадок теряет влагу за счет испарения (частично фильтрации) влаги через почву. В холодное время го­ да 80% площади иловых площадок используют для намораживания осадка.

267

РАЗДЕЛ U. CAHWT АРНАЯ. ОХРАНА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

Остальные 20% предназначены для использования в период весеннего его тая­ ния. Ил на намораживание наслаивается на 0,1 м меньше высоты ограждаю­ щих валиков. Количество намороженного осадка не должно превышать 75% объема, от выпущенного на площадки, за весь период его намораживания.

Осадок после иловых площадок теряет отрицательное эпидемиологическое значение и приобретает положительные агротехнические свойства как удобре­ ние для сельскохозяйственных культур. Высушенный до 75% осадок погружа­ ют в транспортные средства и вывозят в места использования. Санитарно-ги­ гиенические и агроэкологические требования к осадку сточных вод, который рекомендуется в качестве удобрений, определены "Технологическими и агроэкологическими нормативами использования осадков сточных вод городских очистных сооружений в сельском хозяйстве" (КНД 33-3.3-02-99). Норматив­ ный документ разработан с нашим участием опытной станцией утилизации сточных вод Института гидротехники и мелиорации и Института агроэколо­ гии и биотехнологии Украинской академии аграрных наук.

Биологическая (вторичная) очистка предназначена для освобождения жидкой фазы сточных вод, преимущественно бытовых, от органических ве­ ществ, находящихся в виде тонких суспензий, коллоидов в растворе, путем биохимических окислительно-восстановительных процессов, осуществляемых аэробными микроорганизмами (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты, простейшие) в специальном комплексе очистных канализационных сооруже­ ний. Методы и сооружения для биологической очистки сточных вод делятся на две группы (табл. 21). К первой группе относятся методы биологической очистки, воспроизводящие процессы самоочищения в почве. Очистные соору­ жения, в которых воспроизводятся процессы самоочищения в почве, делят, в свою очередь, также на две группы. К первой группе отнесены сооружения, в которых биологическая очистка протекает в природном слое почвы. Это — большие и малые поля орошения, поля фильтрации, площадки подземной фильтрации, фильтрующие колодцы, фильтрующие траншеи с естественным фильтрующим слоем почвы. Вторую группу составляют сооружения, в кото­ рых биологическая очистка протекает в искусственно созданном слое загрузки,

ТАБЛИЦА 21 Классификация методов и сооружений для биологической (вторичной)

очистки сточных вод

Методы и сооружения

268

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

моделирующем почву (различные биологические, песчано-гравийные фильт­ ры, траншеи с искусственным фильтрующим слоем). Вторую группу составля­ ют методы и сооружения, воспроизводящие процессы самоочищения в водое­ мах, а именно: биологические пруды, аэротенки, малогабаритные установки на полное окисление — УКО-25; УКО-100; БИО-25; БИО-100; КУ-12; КУ-200

иих прототипы — ЦОК; APT; аэротенки-осветлители колонного и коридорно­ го типов, симбиотенки и др.

Впоследнее время для очистки сточных вод малых населенных пунктов

иотдельно расположенных объектов значительное распространение получили сооружения для анаэробно-аэробной очистки сточных вод. Преимуществами анаэробной очистки, по мнению исследователей, являются: а) низкое потреб­ ление электроэнергии (до 10% от энергопотребления при аэробной очистке); б) образование незначительного количества избыточного активного ила; в) до­ статочная стабильность образуемого избытка ила, не требующего дальнейшей обработки; г) возможность поддержания активности анаэробного ила длитель­ ное время, при температуре его хранения не ниже +15 °С; д) допустимость вы­ соких нагрузок (до 30 кг ХПК/м3 в сутки при температуре 30 °С) в сравнении

с3 кг ХПК/м3 в сутки (при аэробной очистке).

Недостатком анаэробной очистки является то, что анаэробные бактерии развиваются медленнее аэробных, а это задерживает ввод биореакторов в экс­ плуатацию. Кроме того, бактерии метанового брожения чувствительны к раз­ личным ингибиторам.

Вместе с тем, в последние годы метод получил значительное распростра­ нение. Так, фирмой "Бионик" созданы биореакторы анаэробного и аэробно­ го типов биологической очистки сточных вод, производительностью от 25 до 50 м3/сут. Биореакторы дают возможность получать очищенную сточную воду различного качества в зависимости от требований. Преимуществом такой тех­ нологии является то, что на первой стадии очистки происходит анаэробное окисление, не требующее в отличие от аэробного, значительных энергозатрат, и не сопровождающееся значительным увеличением количества активного ила. Технология очистки следующая: исходная сточная вода проходит предвари­ тельную механическую очистку от взвешенных веществ и песка. Затем освет­ ленная сточная вода попадает в анаэробный биореактор, где освобождается от органических веществ микроорганизмами, иммобилизированными на волок­ нистой загрузке, "Вия". После анаэробного биореактора первой ступени вода подается в анаэробный реактор второй ступени. В нем сточные воды очища­ ются микроорганизмами, находящимися на волокнистой загрузке. Очищенная сточная вода из биореактора подается в песчаную фильтрующую траншею для аэробной доочистки.

Анаэробные биотехнологии используют для очистки сточных вод во всем мире. Только за последние 10 лет построены тысячи UASB-реакторов (Upflow Anaerobic Sludge Blancer reactor — реактор с восходящим потоком через слой анаэробного ила), не только очищающие сточные воды, но и генерирующие биогаз, который богат энергией. В частности, в Нидерландах компаниями "Pâques" и "Biotan" их сооружено свыше 350.

269

РАЗДЕЛ П. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

ВАнглии, например, технологическая схема анаэробной очистки бытовых сточных вод имеет 2 анаэробных биореактора периодического действия, 2 сек­ ции аэротенков и биологический пруд. Продолжительность пребывания сточ­ ных вод в сооружениях по приведенной схеме составляет 10 ч. За это время

ХПК сточных вод снижается с 490 до 20 мг 02/л, БПК5 — с 240 до 2,2 мг 02/л, содержание азота общего — с 45 до 4,5 мг/л, фосфора общего — с 9,4 до 3,4 мг/л.

ВУкраине значительное распространение получили установки "Bioclere" производства "Экофин". "Биоклер" производит в Польше совместное финскопольское предприятие "Ecofinn-Pol". Рассчитана установка на очистку бытовых

иблизких к ним по составу промышленных сточных вод небольших поселков, мощность ее до 20 м3/сут. Технологическая схема "Биоклер" предусматрива­ ет механическую очистку сточных вод в септике, двухступенчатую биологи­ ческую очистку в биореакторе с пластмассовыми дисками (разного диаметра, большой удельной поверхностью), покрытыми биологической пленкой. Вмес­ то пластмассовых дисков биореактор можно загружать также полипропилено­ выми насадками. При необходимости технологической схемой предусматри­ вают блок химической очистки.

ВУкраине, России, странах дальнего зарубежья в последние десятилетия для очистки сточных вод малых населенных пунктов широко применяют кана­ лизационные станции заводского изготовления. Они предусматривают ступе­ нчатую очистку закрепленным биоцензом в сочетании с зависшими культура­ ми активного ила. Технологии дают возможность очистить сточную воду не только от органических веществ, но и биогенных элементов, в частности азота, за счет процессов нитрификации-денитрификации, которые происходят в био­ пленке, фосфора — за счет увеличения биомассы, корректирования доз актив­ ного ила и т. д.

Одним из показателей степени освобождения сточных вод от органичес­ ких веществ — является их стабильность, или относительная стойкость. Это выраженное в процентах количество кислорода, находящегося в сточной воде

врастворенном и связанном состояниях, к количеству кислорода, необходимого для окисления органических веществ сточных вод. Относительная стойкость неочищенных сточных вод составляет лишь 11%, и такую сточную воду сбрасы-

270