Материал: Гончарук учебник

Рис. 47. Технологическая схема работы одноступенчатого аэротенка на полную биологическую очистку:

1 — аэротенк; 2 — циркулирующий активный ил; 3 — насосная станция; 4 — вторичный отстойник; 5 — первичный отстойник; 6 — избыточный активный ил

длится до 20 ч. В этом случае возвратный активный ил из вторичных отстойни­ ков сразу же возвращается в аэротенки, а избыточный — направляется в метантенки на обезвреживание (рис. 47).

Кроме аэротенков, на неполную очистку с использованием первых двух фаз стационарного процесса рассчитаны аэротенки-осветлители конструкции НИКТИ городского хозяйства г. Киева.

Все четыре фазы стационарного процесса использованы для создания аэрационных канализационных сооружений с "суммарным" или "полным" окис­ лением сточной воды. К ним относятся прототипы компактных установок за­ водского изготовления: ЦОК, APT и собственно компактные установки типа КУ-12, КУ-25, КУ-200, УКО-25, УКО-100, БИО-25 и др.

Биологические пруды — искусственно созданные неглубокие водоемы в почвах, где отсутствует или происходит их слабая фильтрация. При небла­ гоприятных в фильтрационном отношении грунтах осуществляют противофильтрационные меры. В таких искусственных водоемах биологическая очистка городских, производственных и ливневых (дождевых) сточных вод протекает в условиях, приближенных к природным. В биологических прудах можно интенсифицировать биологическую очистку и доочистку сточных вод за счет: 1) более низких скоростей движения воды; 2) незначительной глубины; 3) более интенсивного развития микроорганизмов (в отличие от природных поверхностных водоемов в 1 м3 воды биологического пруда био­ ценоз микроорганизмов занимает площадь в 20 м2); 4) использования в био­ логических прудах высших водных растений — камыша обыкновенного, ро­ гоза узколистного, аира и др.; 5) искусственной аэрации (в соответствии со СНиП 2.04.03-85 п. 6.199 допускается проектирование биологических пру­ дов как с природной, так и искусственной пневматической или механической аэрацией).

281

РАЗДЕЛ II. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

В качестве самостоятельных сооружений для очистки сточных вод биоло­ гические пруды используют таким образом: сточные воды после отстаивания непосредственно перед выпуском в пруд разводят речной водой в 3—5 раз и медленно в течение 2—3 сут, пропускают через пруд. Глубина пруда — от 0,6 м (в начальной части) до 1,5 (перед местом выпуска). Незначительная глубина способствует аэрации всей толщи воды и ее прогреванию, т. е. созда­ ются благоприятные условия для биологических окислительных процессов.

Выпускать сточные воды в биологические пруды и отводить из них после очистки для обеспечения полного и равномерного обмена воды рекомендуют

внескольких точках. Этого условия удается придерживаться при устройстве биологических прудов прямоугольной (в плане) формы.

Сточные воды очищают в биологических прудах в аэробных и анаэробных условиях. Аэробные биологические пруды имеют глубину до 1 м, анаэробные — 2,5—3 м, площадь — до 1 га. Нагрузка органических веществ на анаэробные

биопруды по БПК2о для бытовых сточных вод составляет 300—350 кг/га в сутки. Аэробные биологические пруды с природной аэрацией можно исполь­ зовать для очистки сточных вод с концентрацией органических веществ по БПК20 не выше 200 мг 02/л, с искусственной аэрацией — не выше 500 мг 02/л

вIV климатическом поясе в течение года. Там они могут быть использованы как основное средство для очистки сточных вод, если последние невозможно использовать для сельскохозяйственного орошения.

Поскольку зимой во II и III климатических поясах биологические пруды промерзают, их рекомендуют использовать для биологической очистки сточ­ ных вод лишь в теплое время года или в комбинации с другими очистными со­ оружениями. Если БПК20 сточных вод, поступающих в биологические пруды, превышает 500 мг 02/л, нужно позаботиться об их предварительной очист­ ке. Перед биологическими прудами следует ставить решетки с прозорами до 16 мм и отстаивать сточные воды в течение 30 мин. Гидравлическая нагрузка на 1 га поверхности аэробных биологических прудов для сточных вод, проше­ дших отстаивание в первичных отстойниках, не должна превышать 250 м3/га в сутки. СМ. Строганов доказал, что такие биологические пруды работают эф­ фективно при нагрузке 250—300 м3/га в сутки. После биологических прудов с искусственной аэрацией нужно предусматривать отстаивание очищенной воды. Продолжительность отстаивания должна составлять 2—2,5 ч. Отводят очищенную воду через сборное устройство. Его оборудуют ниже уровня воды на 0,15—0,2 глубины биологического пруда. Хлорируют сточную воду лишь после биологического пруда. Концентрация остаточного хлора в воде после контакта не должна превышать 0,25—0,5 г/м3.

Эффективность очистки сточных вод от органических (по БПК20) и бакте­ риальных загрязнений в таких биологических прудах достаточно высокая, но только в теплое время года.

Аэробные биологические пруды с природной аэрацией используют как се­ рийные без разбавления речной водой. Они состоят из 4—6 секций, через кото­ рые сточные воды проходят последовательно после отстаивания. Глубина пру­ дов составляет 0,6—0,8 м. Гидравлическая нагрузка на 1 га поверхности таких

282

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

прудов должна составлять 125 м3/га в сутки в теплый период года, т. е. в мае — октябре. Зимой эти пруды не работают. В первой секции очистка сточных вод происходит за счет фильтрации через фашинник, на котором хорошо форми­ руется биологическая пленка. В этой секции преобладают анаэробные процессы распада органических веществ и полисапробная флора и фауна. В следующих секциях появляется растворенный кислород. В последней секции преобладает микрофлора, характерная для ß-мезосапробной зоны. Кроме того, последние две секции серийных биологических прудов можно использовать для разведе­ ния рыбы.

Биологические пруды с природной аэрацией лучше использовать для доо­ чистки (третичной очистки) биологически очищенных сточных вод. Такие биологические пруды дополнительно улучшают качество очищенных сточных вод, исправляют недостатки в работе основных очистных канализационных сооружений и выполняют роль буфера между очистными сооружениями и по­ верхностным водоемом летом, когда требования к качеству воды в последних, при использовании водоема с оздоровительной целью, особенно высоки.

При использовании аэробных биологических прудов для доочистки био­ логически очищенных сточных вод гидравлическая нагрузка на 1 га их поверх­ ности может быть увеличена до 5000 м3/га в сутки. БПК20 биологически очи­ щенных сточных вод или после физико-химической очистки, подаваемых на доочистку в биологические пруды, регламентирована СниП 2.04.03-85 (п. 6.201). Она не должна превышать 25 мг 02/л. Для биологических прудов с искусствен­ ной аэрацией — не превышать 50 мг 02/л. Обмен воды в биологических пру­ дах для доочистки рассчитан на 1—2 сут. За это время значительно снижаются окисляемость воды, содержание в ней азота аммонийного, в воде отмирает ки­ шечная микрофлора, улучшаются органолептические свойства воды.

В Беларуси с 1950 г. широко используют биологические пруды, в которых самоочищение сточной воды обусловлено интенсивным развитием зеленых водорослей. Они распространены также в США, других странах. В результате фотосинтеза водоросли, усваивая углерод из углекислоты, насыщают и пере­ насыщают воду кислородом. Благодаря интенсивной аэрации в воде активизи­ руются окислительные процессы. Установлено, что при 138 мг/л беззольного вещества зеленых водорослей, которые выделяются из 1 л воды, в биологичес­ ких прудах значительно снижается БПК (до 150 мг 02/л в сутки). Скорость бактериального самоочищения воды возрастает в 10 раз. Отмирает патогенная микрофлора в высокощелочной среде (pH 10—11), что создается благодаря ассимиляции водорослями свободной и гидрокарбонатной углекислоты. Про­ должительность пребывания сточной воды в таких прудах составляет 8 сут. Сбрасывание зеленых водорослей в открытые водоемы сопровождается значи­ тельным улучшением в них условий самоочищения.

С конца 50-х годов XX в. ученые все больше внимания уделяют гидробо­ таническому способу доочистки сточных вод в биологических прудах с помо­ щью высших водных растений, роль которых в процессах природного само­ очищения воды в поверхностных водоемах очень значительна. Это прежде всего камыш обыкновенный, рогоз узколистный, аир и др. Особенно выделяют те

283

РАЗДЕЛ II. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

виды высших водных растений, которые способны обессаливать воду, погло­ щать из нее токсические и органические вещества и очищать от энтеробактерий группы Escherichia coli, Enterobacter за счет антагонистического действия бактерий, которые вегетируют на корневой системе высших водных растений. Это Alnus glutinosa, Menta aquatica, Iris pseudocorus и др. Они выделяют актив­ ные вещества, которые действуют как антибиотики, в частности стрептомици­ на сульфат.

Высаживая высшие водные растения в каскады биологических прудов, следует придерживаться таких условий: 1) алелопатические выделения расте­ ний первого каскада не должны угнетать растения в следующем каскаде, а на­ против, стимулировать их вегетацию; 2) после завершения вегетации растения должны отделять стебли и листья от корня. Затем всплывать на поверхность водоема или наоборот после разложения выделять в окружающую среду мини­ мум органических и минеральных веществ; 3) преимущество нужно отдавать тем видам растений, которые способны накапливать биогенные элементы и сор­ бировать ионы хлора, кальция, натрия и магния на построение своего собст­ венного стебля и листьев.

Благодаря широкому внедрению в биологических прудах высших водных растений, во многих странах мира сегодня решают проблему подготовки пове­ рхностных вод к пополнению запасов подземных водоносных горизонтов, ин­ тенсифицируют процессы самоочищения в рыбохозяйственных и природных водоемах. Высшие водные растения предотвращают "цветение" поверхностных водоемов.

Гидроботанический способ доочистки сточных вод в биологических пру­ дах при помощи высших водных растений является высокоэффективным, про­ стым и экономичным способом третичной очистки. Создание проектов биоло­ гических прудов с высшими водными растениями, включение их в систему оборотного водоснабжения промышленных предприятий будет способствовать уменьшению сбрасывания неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод в поверхностные водоемы.

Аэротенки — искусственные очистные канализационные сооружения, в которых процесс биологического окисления органических веществ сточных вод происходит аналогично самоочищению в поверхностных водоемах, но гораздо интенсивнее. Достигается это посредством бурного по сравнению с водоемами и биологическими прудами, развития биоценоза микроорганизмов активного ила в 1 м3 воды природных поверхностных водоемов биоценоз микроорганиз­ мов занимает площадь 5 м2; в 1 м3 воды биологического пруда — 20 м2; в аэротенках в зависимости от концентрации активного ила — 1800—2400 м2) и более интенсивного насыщения ило-водяной смеси в сооружениях благодаря искус­ ственной аэрации среды.

Аэротенк — удлиненный железобетонный резервуар прямоугольной фор­ мы, глубиной 2—4 м. Состоит такой резервуар из нескольких секций в зави­ симости от объема сточных вод, поступающих на биологическую очистку. Каждая секция разделена продольными перегородками на прямоугольные или квадратные коридоры. С одной стороны такая перегородка не доходит до по-

284

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

перечной стенки аэротенка. Соотношение ширины коридора и рабочей глуби­ ны составляет от 1:1 до 1:2. По таким коридорам сточная вода движется по­ следовательно из одного в другой, смешивается с активным илом и насыщает­ ся кислородом атмосферного воздуха.

На дне аэротенка вдоль боковой стенки на расстоянии 10—15 см одна от другой укладываются перфорированные трубы с отверстиями диаметром 2—2,5 мм. Они обеспечивают циркуляцию смеси в поперечном сечении и ее среднепузырчатую аэрацию. Воздух в такие трубы, а также под фильтроваль­ ные пластины, которые также используют для распределения воздуха в аэротенке, подают при помощи вертикальных стояков, которые отходят от магист­ рального воздухопровода, расположенного на продольной стене аэротенка. Надлежащий для нормальной работы аэротенков объем воздуха подается по­ средством компрессоров или воздуходувок под соответствующим давлением при помощи воздухопровода. Различают мелко-, средне- и крупнопузырчатую аэрацию среды. При мелкопузырчатой аэрации пузырьки воздуха имеют раз­ меры 1—4 мм, среднепузырчатой — 5—10 мм, крупнопузырчатой — более 10 мм. Мелкопузырчатая аэрация обеспечивается керамическими, тканевыми, пластиковыми аэраторами, а также аэраторами форсуночного и ударного ти­ па; среднепузырчатая — перфорированными трубами, щелевыми аэратора­ ми; крупнопузырчатая — открытыми внизу вертикальными трубами, а также соплами.

Сточная вода, которая медленно течет по коридорам аэротенка, пронизы­ вается потоком пузырьков воздуха, быстро движущегося снизу вверх и захва­ тывая сточную воду. На место такой воды по всей длине аэротенка подтекает более тяжелая вода с меньшим содержанием воздуха, благодаря чему вся мас­ са воды приобретает, кроме поступательного, еще и вращательное движение.

Если аэротенк наполнить сточной водой и затем аэрировать такую воду в замкнутом режиме в течение 30 сут и больше, в среде начнет бурно развивать­ ся биоценоз микроорганизмов, так же как биологическая пленка на биофильт­ рах. Из-за отсутствия твердой основы в аэротенке образуются хлопья, которые состоят из бактерий, простейших, других микроорганизмов и органического вещества. Эти хлопья получили название активного ила. Он играет решающую роль в процессе биологической очистки сточных вод.

Период, в течение которого образуются такие хлопья в аэротенке, называ­ ется периодом биологического созревания сооружения. Процесс этот можно ускорить внесением в аэротенк перед его вводом в эксплуатацию активного ила из работающих аэрационных сооружений, осадка из вторичных отстойни­ ков после биологических фильтров, который состоит преимущественно из био­ логической пленки.

Исследования процессов, которые происходят в аэротенке, показали, что биологическая очистка сточных вод происходит в первые две фазы стационар­ ного процесса (см. с. 278). В этот период сточная вода освобождается от орга­ нических веществ. Эффект очистки по БПК может быть доведен до 95—98%.

Накопленный во время эксплуатации аэротенка активный ил поступает со сточной водой (ило-водяной смесью) во вторичный отстойник радиального

285