Биологическая очистка сточных вод

Для очистки сточных  вод используются различные методы:

-механические,

-биологические (или биохимические),

-химические и физико - химические,

-электрохимические,

-глубокая очистка (доочистка после полной биологической очистки),

-термического обезвреживания,

-обеззараживания и обработка осадка.

Очистка сточных вод  поселка городского типа представляет собой совокупность различных методов, представляющих последовательно очистить воду от крупных примесей (бумаги, тряпья, кухонных отбросов), тяжелых примесей (песка, шлака), коллоидных и растворенных органических загрязнений и обезвредить ее от патогенной микрофлоры.

Загрязнения, от которых  последовательно освобождается  вода, аккумулируются в виде сгущенных суспензий (осадков сточных вод) и также подвергаются обработке, цель которой обезвредить осадки в санитарном и эпидемиологическом отношении. После обработки осадки могут применяться в сельском хозяйстве в качестве удобрений, или утилизироваться какими–либо иным способами. Наиболее целесообразным следует считать использование обезвреженных осадков в сельском хозяйстве; этим обеспечивается замкнутый круговорот веществ в природе и поддерживается общее равновесие в биосфере [14].

Весь комплекс сооружений очистки сточной воды можно разделить на пять групп:

1. механической очистки;
2. биологической очистки;
3. доочистки воды;
4. дезинфекция воды;
5. обработка осадков.

Механическая очистка  производится для выделения из сточной  воды находящихся в ней нерастворенных грубодисперсных примесей путем процеживания, отстаивания и фильтрования. Для задержания крупных загрязнений и частично взвешенных веществ применяют процеживание воды через различного рода решетки и сита. Для выделения из сточной воды взвешенных веществ, частицы которых имеют большую или меньшую плотность, чем плотность воды, применяют отстаивание. При этом тяжелые частицы осаждаются на дно под действием силы тяжести, а легкие всплывают на поверхность. Взвешенные частицы минерального происхождения, главным образом песка, выделяют из сточных вод путем осаждения в сооружениях, называемых песколовками. Основную массу более мелкой взвеси, преимущественно органического характера, выделяют из сточных вод в отстойниках.

Биологические методы очистки  основаны на жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуют окислению или восстановлению органических веществ, находящихся в сточных водах в виде тонких суспензий, коллоидов и в растворе и являющихся для микроорганизмов источником питания, в результате чего и происходит очистка сточных вод от органических загрязнений.

Интенсивностью процесса очистки сточных вод в сооружениях  биологической очистки определяется окислительной мощностью сооружения, под которой понимается число  граммов кислорода, получаемое с 1 м³ сооружения в сутки и используемое для снижения биологической потребности в кислороде сточных вод, окисления аммонийных солей до нитритов и нитратов, а также для повышения содержания в сточных водах растворенного кислорода. Окислительная мощность для различных сооружений колеблется в широких пределах [13].

Существующие очистные сооружения в основном не обеспечивают нормативные требования к сбросу сточных вод, поэтому требуется  их доочистка [23]. Наиболее широкое распространение  в качестве сооружений для доочистки  получили песчаные фильтры, главным образом двух- и многослойные, а также контактные осветлители; микрофильтры применяются реже. Снижение концентрации трудноокисляемых веществ, фиксируемое значением ХПК очищенных вод, возможно методом сорбции, например активированным углем, и химическим окислением, например путем озонирования. Снижение концентрации солей возможно методами обессоливания, применяемыми в практике водоподготовки [13].

Из практики очистки  сточных вод известно, что при  первичном отстаивании количество бактерий группы кишечной палочки сокращается на 30 – 40%, а после вторичных отстойников на 90 – 95% [8]. Следовательно, для полного освобождения сточных вод от патогенных бактерий и вирусов необходимо применение специальных методов обеззараживания.

Для дезинфекции сточных вод применяется хлорирование, озонирование, ультрафиолетовое излучение. В настоящее время большое внимание уделяется обеззараживанию воды ультрафиолетовым облучением. Этот способ не требует введения в воду химических реагентов, не влияет на вкус и запах воды и действует не только на бактерицидную флору, но и бактериальные споры. Бактерицидное облучение действует почти мгновенно и, следовательно, вода, прошедшая через установку, может сразу же поступать непосредственно в систему оборотного водоснабжения или в водоем [6].

Методы обработки осадка. При очистке сточных вод любым  из описанных выше методов образуется осадок вследствие выпадения нерастворенных веществ в первичных отстойниках. Кроме того, в результате биологической  очистки образуется большое количество осадка, который выделяется во вторичных отстойниках. Осадок состоит из твердых веществ, сильно разбавленных водой. В сыром состоянии при очистке бытовых и некоторых производственных вод этот осадок имеет неприятный запах и является опасным в санитарном отношении, так как содержит огромное количество бактерий (в том числе могут быть и болезнетворные) и яиц гельминтов. Для уменьшения количества органических веществ в осадке и придания ему лучших санитарных показателей осадок подвергают воздействию анаэробных микроорганизмов (сбраживанию) и аэробной стабилизации ила в соответствующих сооружениях. К анаэробным сооружениям относятся септики, двухъярусные отстойники, метантенки.

Для уменьшения влажности  осадка сточных вод и его объема служат иловые пруды (для небольших станций) и иловые площадки. Для обезвоживания осадка применяются различные механические приемы — вакуум-фильтрация, фильтрпрессование, центрифугирование. Создаются эффективные аппараты по термической сушке и сжиганию осадков [13].

1.3 Очистные сооружения малых городов и поселков городского типа

 

Норма водоотведения  бытовых вод в малых населенных пунктах при наличии благоустроенных  домов не превышает 200 л/сутки на одного жителя. Проектирование, строительство  и эксплуатация малой канализации производятся с соблюдением общих основных положений. Очистные сооружения этой системы канализации размещают на территории объекта при канализовании отдельных зданий или вне его при канализовании населенных пунктов; в обоих случаях соблюдаются установленные санитарно-защитные зоны — разрывы.

Выбор способа очистки  небольших количеств сточных  вод, комплекса очистных сооружений, их типов и конструкций в значительной степени зависит от местных условий: возможности выделения площади  земли под очистные сооружения, удаленности этой площади от жилья, топографии местности, грунтовых, гидрологических и климатических условий, характера и места расположения водоема, в который могут быть спущены очищенные воды.

Для канализации в  малых населенных пунктах создаются  групповые системы водоотведения, обслуживающие группы населенных мест, с крупными сооружениями для очистки и обеззараживания сточной воды или устраиваются локальные системы водоотведения малой производительности, обслуживающие отдельные населенные пункты, группы зданий, отдельные коммунальные сооружения, с малыми установками для очистки и обеззараживания воды. Групповые системы водоотведения сооружают в районах с высокой плотностью населения и близко расположенными населенными пунктами; локальные системы — в районах со сравнительно низкой плотностью населения при территориальной отдаленности населенных пунктов, а также для пионерских лагерей, домов отдыха, санаториев и кемпингов. Установки для очистки и обеззараживания воды должны быть просты в изготовлении и эксплуатации и обслуживаться минимальным количеством персонала. Установки должны обеспечить высокую надежность технологических процессов очистки и обеззараживания воды при использовании доступных реагентов, доставка и хранение которых не связаны с трудностями [13].

В малых и поселковых системах канализации в качестве очистных сооружений рекомендуется  применять:

- решетки с ручной  чисткой; 

- песколовки (при производительности 200 м³/сутки и более);

- фильтрующие колодцы; 

- септики или двухъярусные  отстойники;

- подземные поля фильтрации, аэробные биологические пруды,  биофильтры, циркуляционные окислительные  каналы и аэротенки, работающие  по принципу продленной аэрации; 

- вторичные отстойники;

- хлораторные и контактные  резервуары;

- иловые площадки.

Также могут применяться  аэрационные установки с аэробной стабилизацией избыточного активного  ила при полной и неполной биологической  очистке сточных вод.

Очистные сооружения следует располагать (по отношению  к ближайшему жилому зданию или к  группе зданий) с подветренной стороны преобладающего направления ветров теплого периода года на определенных расстояниях и одновременно ниже по течению грунтовых вод от водозаборных сооружений, питающихся этими водами.

Очистные сооружения проектируются из условий возможности эксплуатации их либо жителями канализуемого объекта (местные очистные сооружения), либо обслуживаемые техническим персоналом (поселковые очистные сооружения) [19].

 

1.4 Примеры очистных сооружений малых городов и поселков городского типа

 

К очистным сооружениям малых городов и посёлков городского типа следует отнести станции пропускной способностью от 500 – 10000 м³ /сут. Характерной особенностью небольших населённых пунктов является не только высокий коэффициент неравномерности поступления сточных вод на очистку, изменяющийся от 1,55 до 2,5 и выше, но во многих случаях резкие изменения концентрации загрязнений в сточных водах за счёт поступления промышленных стоков. По данным обследований, многие ранее запроектированные и построенные очистные сооружения небольших населённых пунктов либо вообще не работают, либо работают со значительной перегрузкой по воде и концентрациям загрязнений. В зарубежной практике для уменьшения влияния неравномерности притока и колебаний качественного состава загрязнений в технологическую схему введены усреднители.

Другой особенностью очистных сооружений небольших населённых пунктов является применение упрощенных технологических схем с использованием сооружений заводской готовности. Это  связано с тем, что для изготовления этих очистных сооружений используют обычную конструкционную сталь марки СтЗ без специальной обработки металла. Поэтому при разработке современных очистных сооружений необходимо использовать или нержавеющую сталь или изготавливать сооружения из монолитного железобетона.

Станции пропускной способностью 500-15000 м³/суток с применением биофильтров с плоскостной загрузкой

Технологическая схема  очистки сточных вод с применением  биофильтров с плоскостной загрузкой  включает следующие сооружения:

- приёмная камера и  решетки;

- тангенциальные песколовки;

- первичный вертикальный  отстойник;

- насосная станция  биофильтров;

- биореакторы доочистки  сточных вод;

- сооружения дезинфекции  сточных вод на установках  ультрафио летового облучения или хлораторная на жидком гипохлорите;

- производственно-вспомогательное  здание (компрессорная для ре генерации биореакторов, ленточные фильтр-прессы для обработки смеси сырого осадка и омертвевшей биоплёнки);

- песковые бункера  или площадки;

- аварийные иловые  площадки.

На рисунке 1 приведена технологическая схема станции биофильтрации пропускной способностью 1000-10000 м³ /сут. Основным элементом биологической очистки является биофильтр с плоскостной загрузкой. Из всех приведённых выше технологических схем очистки сточных вод небольших населённых пунктов наиболее простой в эксплуатации является очистка сточных вод на биофильтрах с плоскостной загрузкой.

Сточные воды, поступающие  в приёмную камеру очистных сооружений, проходят очистку на решётках и далее  в песколовках и первичных  вертикальных отстойниках. После механической очистки сточная вода собирается в насосной станции с погружными насосами, которые подают её в оросительную сеть биофильтров. В качестве оросителей биофильтров принята водоструйная система орошения, которая обеспечивает равномерное орошение поверхности загрузочного материала. Высоту слоя загрузочного материала биофильтров следует принять 6 м.

Рисунок 1. Технологическая схема сооружений по очистке сточных вод населённого пункта на биофильтрах с плоскостной загрузкой пропускной способностью 1000-10000 м³/сут:

У - поступающая сточная  вода; 2 - приемная камера с решёткой; 3 - тангенциальные песколовки; 4 - первичный вертикальный отстойник; 5 - насосная станция биофильтров; 6 - биофильтры с плоскостной загрузкой; 7 - вторичный вертикальный отстойник; 8 - биореактор доочистки; 9 - жидкий гипохлорит натрия; 10 - контактные резервуары; // - очищенная сточная вода; 12 - фильтр-пресс; 13 - аварийные иловые площадки; 14 - песковые площадки или бункера.

 

После биологической  очистки в биофильтрах с плоскостной загрузкой очищенная сточная вода проходит осветление во вторичных отстойниках, доочистку в биореакторах и после дезинфекции сбрасывается в водоём [23].