Очисні споруди з аеробним розкладанням

Біофільтри. На біологічних фільтрах забруднена вода на початку експлуатації споруди освітлюється, і тільки через деякий час, коли відбувається обростання часточок ґрунту біологічною плівкою в результаті адсорбції бактерій із стічної води, починаються процеси біохімічного окиснення органічної веществи. Для успішності процесу очистки необхідна добра аерація.

Біофільтри являють собою споруди, заповнені великозернистим ненабрякаючим матеріалом, поверхня якого зрошується стічною рідиною. Зрошення виконується періодично (через 5-15 хв). Вода, яка пройшла через біофільтр, витікає через отвори (дренаж) і надходить на днище, з якого стікає у відповідні лотки. Завантажують фільтри щебінкою, шлаком, галькою. Ці матеріали повинні мати достатню пористість, оскільки вона сприяє хорошій аерації біофільтра і максимальному контакту стічної води з біоплівкою. Аерація фільтрів може бути природною і штучною. Використання штучної аерації дозволяє значно інтенсифікувати роботу біофільтра (аерофільтри).

На рис. 2.2 наведено схему аерованого біофільтра.

Рис.2.2. Схема аерованого біофільтра: 1.- повітря, 2 – стічна вода, 3 – очищена

Залежно від концентрації забруднювальних речовин і необхідного ступеня очистки стічних вод процес може здійснюватися за одноступінчастою чи двоступінчастою схемою. Односходинна схема: первинний відстійник - біофільтр - вторинний відстійник. Двоступінчаста схема: первинний відстійник - біофільтр першого ступеня - вторинний відстійник - біофільтр другого ступеня – третій відстійник.

Двоступінчасті біофільтри влаштовуються тоді, коли необхідна повна біологічна очистка. Але замість застосування двосходинних фільтрів для здійснення повної біологічної очистки можна збільшити висоту шару завантаження. Існують біофільтри баштові висотою 8-15 м, які може бути використано для очистки великих об’ємів стічних вод (до 50 000 м³/добу).

Ефективність роботи біофільтра залежить від кількості поданого повітря, використання якого, в свою чергу, залежить від пористості заповнювача - за її збільшення створюються кращі умови для забезпечення біоплівки повітрям.

Використання біофільтрів значною мірою залежить від кліматичних умов. Вони погано працюють за низької температури і тому вимагають утеплення. Різка зміна температурних умов, до яких адаптувалися біоценози, наприклад, весною чи восени, призводить до величезного виносу біологічної плівки з тіла біофільтра. Тому, порівняно з аеротенками, біологічні фільтри знаходяться у більшій залежності від кліматичних умов. Біологічні фільтри відкритого типу будують лише в місцевостях з теплим і помірним кліматом. За значної продуктивності рекомендується утеплювати біофільтри за середньорічної температури менше 3^оС, а якщо продуктивність не висока (500 м³/добу), утеплення проводять за середньорічної температури 6°С.

На характер біологічного населення, його життєдіяльність суттєвий вплив справляє спосіб розподілу на поверхні фільтра стічних вод. Дуже широко використовуються біофільтри, які мають розбризкувачі-спринклери. За цієї системи зрошувана стічними водами поверхня біофільтра становить 80-90 %. До складу населення біофільтра входять: водорості, найпростіші, черв’яки, комахи, бактерії.

Водорості виконують дві функції. Перша - утворення кисню в процесі фотосинтезу; друга - виділення фітонцидів у навколишнє середовище. Біофільтр заселено всіма трьома основними групами водоростей: зеленими, синьо-зеленими й діатомовими. Сумарна кількість зелених водоростей досягає 226•10⁹ клітин на 1 м³ шлаку; синьо-зелених - 143•10⁹ клітин на 1 м³; діатомових - 24•І0⁹ клітин в 1 м³.

Найпростіші виконують фагоцитарну функцію, що веде до безпосереднього зменшення бактеріальних клітин та інтенсифікації мікробіологічних процесів. Кількість найпростіших у тілі біофільтра становить 66•10⁹ на 1 м³ шлаку.

Хробаки виконують дві основні функції:

а) розпушення біологічної плівки, що попереджає її замулення;

б) розкладання ряду хімічно стійких сполук - клітковини, каротину.

На відміну від найпростіших і водоростей хробаки знаходяться лише в нижньому шарі, причому в зрошуваній зоні, їх кількість становить 182•10⁴ на м³ заселеної зони.

Комахи представлено в основному личинками дрібної мошки. Живуть вони у верхній незрошуваній зоні й частково в нижній, також незрошуваній. Кількість їх дорівнює 9•10⁹ на 1 м³ заселеної зони. Крім личинок, на біофільтрах зустрічаються ще деякі види жучків.

Бактерії представлено автотрофними і гетеротрофними видами. Перші окислюють органічну веществу з вуглецем, другі - з азотом і сульфатами.

Життєдіяльність усіх біоценозів біологічного фільтра призводить до високого ступеня очистки стічних вод – БСК₂₀ становить 15-20 мгО₂/л (зниження на 85-90 %).

Аеротенк - це споруда, в якій здійснюється біологічна очистка забруднених вод, що імітує самоочищення у водоймах, але з більшою інтенсивністю. На відміну від природної аерації у водоймі насичення стічної рідини киснем відбувається в аеротенку шляхом нагнітання повітря під тиском. Якщо в біологічному фільтрі плівка прикріплена до нерухомого субстрату і омивається стічною рідиною, то в аеротенку роль біологічної плівки відіграє так званий активний мул - пластівці, які складаються в основному з бактерій у завислому стані. На рис. 2.3 показано схему роботи аеротенка.

Рис. 2.3. - Схема аеротенка: 1 – стічна вода, 2 – повітря, 3 – відстійник, 4 – очищена вода, 5 – активний мул.

Стічні води і активний мул з відстійника надходять в довгий бетонний резервуар і рухаються уздовж нього. Для підтримки активного мула у завислому стані і забезпеченні окислювальних процесів в суміш безперервно подається повітря. Після закінчення процесів біохімічного окислення органічних речовин стічних вод суміш активного мула і стічних вод поступає у вторинний відстійник для відділення активного мула. Освітлена у відстійнику вода звичайно після знезараження скидається у водний об'єкт, а активний мул прямує знову в аеротенк. В результаті може утворюватися його надлишок, який доводиться вилучати.

Населення аеротенків. Активний мул - це зважена у воді біологічна плівка, яка відрізняється від справжньої біоплівки біологічних фільтрів. По-перше в активному мулі відсутні представники водоростей; біоценоз активного мула постійно знаходиться в товщі води, безперервно переміщується - іноді переходить із зони сильно аерованої, в зону, надзвичайно бідну киснем. Відповідно в активному мулі живуть не тільки аероби, але і деякі анаероби.

До складу мула входять: прості, бактерії, бактерії нітрифікатори, бактерії денітрифікатори і значна кількість грибів. До мікробів, які адсорбуються активним мулом, відноситься вся група кишкової палички:

Кількість організмів в масі активного мула дуже велика - 100•10¹² в 1 м³; їх сумарна поверхня рівна 1200 м³. Тому активний мул за його адсорбційною здатності можна порівняти тільки з активованим вугіллям, але він ще виконує і функцію переробки.

Вивчення впливу основних физико-хімічних чинників на життєдіяльність биоценозов свідчить, про те що мул є достатньо стійким до температурних коливань; існує при значній амплітуді зміни рН 4, 5-9, 5. Зменшення концентрації розчиненого кисню впливає тільки на аеробну групу бактерій, тому мул швидко відновлюється при підвищенні змісту кисню.

Напрям біохімічних процесів в аеротенку. Аеротенки залежно від ступеня очищення стічних вод можуть працювати на повне або неповне очищення. При повному очищенні процес проходить у три фази:

1) зважені і колоїдні речовини адсорбуються і коагулюють, окислювальні процеси тільки починаються;

2) переважають процеси окислення, починаються процеси нітрифікування;

3) процеси окислення закінчуються; переважають процеси нітрифікування амонійних солей; відбувається регенерація активного мула.

При неповноті очищення процес проходить у дві фази:

1) зважені і колоїдні речовини адсорбуються і коагулюють, окислювальні процеси тільки починаються;

2) відбувається неповне окислення адсорбованих активним мулом зважених і колоїдних речовин, а також розчинених речовин.