Очисні споруди з анаеробним розкладанням

Осад (тверда фаза) стічних вод містить 95 % води; 5 % - це вуглеводи, білки, жири і зольні елементи; при цьому білки складають 20 %, жири -15, вуглеводи – 35, зола - 10 %. За допомогою біохімічної переробки осаду на очисних спорудах відбувається його знезараження, а також така зміна структури, яка перетворює осад на легко підсихаючу, зручну для утилізації речовину.

Біохімічні процеси в природних умовах при анаеробному бродінні протікають з утворенням метану, вуглекислого газу і води.

На очисних спорудах анаеробне бродіння використовується в септиках, двох'ярусних відстійниках, метантенках.

Септики - це басейни гниття. У них сполучені процеси осадження і бродіння осаду (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Трикамерний септик: 1 – підвідна труба, 2 – насип, 3 – труба з отвором для прочистки, 4 – люк 5 – перекриття, 6 – відвідна труба, 7 – кладка, 8 – бетонна основа, 9. – основа із щебеня, 10 – отвір для проходження рідкої фази

Після запуску септика в експлуатацію поверхня води в ньому темна, гладка. Це означає, що розкладання осаду ще не почалося. Першою ознакою почала бродіння є сильне виділення газів. Через декілька днів вся поверхня септика затягується плівкою, яка потім перетворюється на товсту кірку, і газ виділяється лише в місцях її розриву.

У септику відбуваються наступні процеси. Тверда фаза стічних вод, осівши на дно басейну, спочатку не розкладається, оскільки для розмноження мікробів анаеробного бродіння необхідно певний час. Розкладання органічної речовини супроводжується інтенсивним газоутворенням. Бульбашки газу в результаті гниття піднімаються з дна, захоплюють з собою частинки осаду, виходять в атмосферу, але частинки осаду не опускаються на дно, оскільки все нові і нові бульбашки підходять до поверхні разом з мікродозами осаду. Тому частинки твердої фази злипаються і утворюють спочатку плівку, а потім масивну кірку товщиною іноді до 1 м. Кірка не дозволяє остигнути осаду і масі води.

Позитивні характеристики септика - простота устаткування, високий відсоток затримки нерозчинених речовин і нескладність в експлуатації, негативні – неповнота розкладання органічних речовин із-за безперервного надходження свіжого осаду. Очищена стічна рідина, витікаюча з септика, містить в своєму складі всі гази анаеробного розкладання осаду: метан, вуглекислоту, водень, сірководень, аміак, практично не містить кисню. До недоліків септика відноситься можливість розповсюдження неприємного запаху.

Септик – це споруда для обслуговування невеликих об'єктів каналізації (групи будинків, санаторіїв, таборів і тому подібне) - до 500 осіб і об'ємом стічних вод до 50 м³/діб. При правильному устаткуванні і експлуатації септика він повинен розташовуватися на відстані не менше 50 м від житла, суспільних споруд і підприємств громадського харчування.

Очищення септика (один-два разу на рік) через малі розміри проводиться уручну. Зброджений осад представляє небезпеку в епідеміологічному відношенні, тому виникають труднощі з використанням його як добрива, оскільки він може стати джерелом розповсюдження гельмінтів і виникнення інфекцій. Вивіз осаду на міське звалище може викликати зараження грунтових вод. Тому зброджений осад, вилучений з септика, повинен бути спочатку знезаражений, що досягається підігрівом в казані до 60°С протягом години. При цьому повністю гинуть як збудники гострих шлунково-кишкових захворювань, так і яйця гельмінтів.

Залежно від об'ємів стічних вод септики влаштовуються однокамерні (до 1 м³), двокамерні (до 10 м³) і трикамерні (більше 10 м³).

Звичайно септики використовуються для попередньої обробки стічних вод, які поступають на споруди підземної фільтрації (поля підземної фільтрації, піщано-гравієві фільтри, фільтруючі траншеї, фільтруючі колодязі).

Двох'ярусні відстійники (емшери). У цих спорудах усунена більшість основних недоліків септиків. Усунене попадання в рідку фазу газоподібних продуктів, які утворюються при розкладанні осаду(рис. 2.5).

Мал. 2.5. Двох'ярусний відстійник: 1 – кладка, 2 - жолоб; 3 - лоток; 4 - поперечна стінка; 5 - труба для відкачування твердої фази; 6 - оглядовий колодязь; 7 -засов; 8 - випуск твердої фази

Газ, що піднімається з дна, не потрапляє в стічну рідину, яка тече по жолобах. Крім того, склад газів, що досягають поверхні, відрізняється від складу газів в септику. Йдеться про сірководень, який виділяться при анаеробному розкладанні осаду стічних вод. Оскільки глибина эмшерного колодязя набагато більша, ніж септика, сірководень встигає прореагувати із залізом, яке завжди є в стічних водах. У результаті утворюється сульфід заліза, усувається неприємний запах, рідина набуває чорного кольору. Реакція проходить в умовах нейтрального або слаболужного середовища; у кислому середовищі взаємодії між сірководнем і залізом не відбувається.

Над двох'ярусним відстійником звичайно влаштовується перекриття для уловлювання газів (метану і вуглекислоти). За нормальних умов процес бродіння проходить за участю мікробів, розкладаючих органічна речовина за схемою

Процес бродіння осаду в двох'ярусному відстійнику походить від одного до шести місяців. Зброджений осад надходить для підсушування на майданчики мула. У ньому також як і в осаді септика, присутні яйця гельмінтів і патогенні мікроби, але він не має неприємного запаху і легко віддає воду.

Бродіння осаду стічних вод здійснюється при невисоких температурах, внаслідок чого швидкість розкладання невелика, а вихід метану незначний. У зимовий період в середніх широтах зброджування осаду є практично неможливими і тому в цих районах емшери не використовують.

Процесом бродіння в двох'ярусному відстійнику важко управляти. Єдине, чим може вплинути технолог на хід процесу, - це зміною дозування незбродженого осаду і його перемішування. Підігрів твердої фази здійснити неможливо, оскільки, окрім осаду, довелося б підігрівати і весь об'єм води над ним.

Значна глибина эмшера (до 11 м) збільшує його вартість.

Метантенки. Управління процесом бродіння може бути здійснено шляхом регуляції температури, що фактично можливо лише за відділення осаду від рідинної фази. Цей процес відбувається в первинному відстійнику, після чого тверда фаза прямує в особливу споруду - метантенк, де зброджується при штучному підігріві (рис. 2.6).

Рис. 2.6. - Спрощена схема метантенка: 1 – збір газа, 2 – свіжий осад 3 – гаряча вода, 4 – зброджений осад, 5 – змішувач

Метантенк є закритим резервуаром, призначеним для анаеробної переробки опадів, а також надмірного мула аеротенків. Інтенсифікація розкладання органічної частини осаду досягається штучним підігрівом і перемішуванням осаду. Необхідною умовою інтенсивного бродіння є постійне перемішування свіжого осаду із загальною масою зрілого. Чим більшим є об'єм зрілого осаду («бактерійної закваски»), тим краще працює метантенк.

У метантенку розкладається від 40 до 60 % органічної речовини; значна частина його переходить в газ (70 % метану, 30 % вуглекислоти). Реалізуються два типу бродіння - мезофільне і термофільне. При мезофільному бродінні температура зброджуваної маси підтримується в межах від 30 до 35°С; при термофільному - від 50 до 55°С. Термофільне бродіння дозволяє інтенсифікувати процес, що робить можливим збільшення завантаження метантенка в 1, 8-2, 0 разу. Крім того, при штучному введенні в бродильну масу експериментальних метантенков дуже великих доз патогенних мікробів в термофільних умовах всі вони гинули в течії декілька годин, тоді як при мезофільному бродінні життєдіяльність їх зберігалася впродовж декількох днів. Основною причиною загибелі патогенних мікробів при термофільному бродінні є температурний чинник, а не діяльність мікробів-антагоністів.

Осад, вилучений із стічних вод і зброджений в метантенках, вологістю 90-97 %, перекачується на майданчики мула. Це найбільш простій і поширений спосіб підсушування осаду до вологості 75 - 80 %. Устрій майданчиків різний. Іноді роблять криті майданчики мула, завдяки чому не розповсюджується неприємний запах, не притягуються мухи. З епідеміологічної точки зору вирішальною є наявність патогенних мікроорганізмів в підсихаючому осаді. Підсушений осадо (вологість 75-80%) може бути використаний як добриво. За відсутності грунта з доброю фільтруючою здатністю мулові майданчики роблять на штучній основі.

Контрольні запитання

1. Як відбувається усереднення стічних вод? Для чого воно потрібно?

2. На чому засновані механічні та фізико-хімічні методи очистки?

3. Як відбувається центрифугування?

4. Процес проціджування та на яких спорудах він відбувається?

5. За рахунок чого відбувається відстоювання? Які домішки таким чином видаляються?

6. У чому особливості фільтрування? На яких спорудах відбувається?

7. Фізико-хімічні способи очистки води.

8. Як відбувається біохімічна очистка стічних вод?

9. Як відбувається очистка стічних вод у природних умовах?

10. Як відбувається біохімічна очистка стічних вод на спорудах в умовах аеробного розкладання?

11. Як відбувається біохімічна очистка стічних вод на спорудах в умовах анаеробного розкладання?