Аэротенки с флотационным разделением иловой смеси для очистки городских сточных вод

Для очистки городских сточных вод взамен вторичных отстойников применяются аэротенки с флотационным разделением иловой смеси с одноступенчатой схемой флотации.

Применение напорной флотации для разделения иловой смеси приводит к значительному сокращению объема сооружений.

В данных условиях возможно применение горизонтального флотационного илоотделителя (рисунок 37), который совмещается с аэротенком обычной конструкции, откуда иловая смесь во флотационный резервуар поступает самотеком. Туда же через распределительную систему вводится предварительно насыщенная воздухом под давлением вода. Комплекс (пузырек воздуха-флокула) активного ила поднимается на поверхность флотационного резервуара, образуя слой сфлотированного ила.

Рисунок 37 – Схема горизонтального флотационного илоотделения

1 - подача иловой смеси; 2 - лоток для сбора сфлотированного ила; 3 - скребковый механизм для удаления сфлотированного ила; 4 - подвесная перегородка; 5 - водослив; 6 - лоток осветленной воды; 7 - флотационный резервуар; 8 - распределительная система насыщенной воздухом воды

Осветленная вода отводится из нижней части флотационного резервуара с помощью дырчатой трубы или через зазор под подвесной стенкой через регулируемый водослив в канал осветленной воды, а затем по трубопроводу в контактные резервуары.

Сфлотированный ил скребком удаляется с поверхности флотационного резервуара в лоток, откуда циркулирующая часть активного ила возвращается в аэротенк, а избыточная часть направляется на дальнейшую обработку.

Степень осветления очищенных сточных вод зависит от удельного расхода воздуха и следовательно, от давления насыщения. При удельном расходе воздуха 4-6 л/кг сухого вещества ила содержание взвешенных веществ в осветленной воде не превышает 15 мг/л; при удельном расходе воздуха 9-10 л/кг сухого вещества ила - не более 5 мг/л.

Флотационные резервуары в плане могут быть прямоугольными, а при реконструкции существующих отстойников - круглыми с радиальным движением воды.

Конструктивные параметры прямоугольных резервуаров: рабочая глубина 2-4 м, общая высота на 0,4-0,5 м больше глубины.

Отношение ширины к длине от 1:3 до 1:5. При ширине более 3 м рекомендуется установка продольных (ненесущих) перегородок для обеспечения равномерного движения воды и работы скребковых механизмов.

Расстояние под подвесной перегородкой определяется из условия движения воды в этом сечении со скоростью в пределах 0,8-1,2 м/с.

Объемы аэротенков принимаются в соответствии с п. 6.143 СНиП 2.04.03-85.

9.3 Прочие сооружения биологической очистки

Вторичные отстойники устроены аналогично первичным. Вторичные отстойники могут быть всех типов. Расчёт ведётся по гидравлической нагрузке с учетом концентра­ции активного ила в аэротенке, его индекса и концентрации ила в осветленной воде.

Аэрационные установки на полное окисление (аэротенки с продленной аэрацией) следует применять для биологической очистки сточных вод. Перед подачей сточных вод на установку необходимо предусматривать задержание крупных механических приме­сей. Продолжительность пребывания сточных вод в зоне отстаивания при максималь­ном притоке должна составлять не менее 1,5 ч. Количество избыточного активного ила следует принимать 0,35 кг на 1 кг БПК_ПОЛН. Удаление избыточного ила допускается пре­дусматривать как из отстойника, так и из аэротенка при достижении дозы ила 5-6 г/л.

Нагрузку на иловые площадки следует принимать как для осадков, сброженных в мезофильных условиях. Влажность ила, удаляемого из отстойника, равна 98 %, из аэро­тенка-99,4%.

Циркуляционные окислительные каналы (ЦОК) следует предусматривать для биоло­гической очистки сточных вод в районах с расчетной зимней температурой наиболее холодного периода не ниже минус 25°С. Аэрацию сточных вод в окислительных каналах следует предусматривать механическими аэраторами, устанавливаемыми в начале прямого участка канала. Размеры аэраторов и параметры их работы надлежит прини­мать по паспортным данным в зависимости от производительности по кислороду и ско­рости воды в канале.

Поля фильтрации для полной биологической очистки сточных вод надлежит преду­сматривать, как правило, на песках, супесях и легких суглинках. Продолжительность отстаивания сточных вод перед поступлением их на поля фильтрации следует прини­мать не менее 30 мин. Площадки для полей фильтрации необходимо выбирать: со спо­койным и слабовыраженным рельефом с уклоном до 0,02; с расположением ниже тече­ния грунтового потока от сооружений для забора подземных вод на расстоянии, равном величине радиуса депрессионной воронки, но не менее 200 м для легких суглинков, 300 м – для супесей и 500 м – для песков.

При расположении полей фильтрации выше по течению грунтового потока расстоя­ние их до сооружений для забора подземных вод следует принимать с учетом гидрогео­логических условий и требований санитарной охраны источника водоснабжения. На территориях, граничащих с местами выклинивания водоносных горизонтов, а также при наличии трещиноватых пород и карстов, не перекрытых водоупорным споем, размеще­ние полей фильтрации не допускается. Нагрузку сточных вод на поля фильтрации над­лежит принимать на основании данных опыта эксплуатации полей фильтрации, нахо­дящихся в аналогичных условиях.

Поля подземной фильтрации следует применять в песчаных и супесчаных грунтах, при расположении оросительных труб выше уровня грунтовых вод не менее чем на 1 м и заглублении их не более 1,8 м и не менее 0,5 м от поверхности земли. Оросительные трубы рекомендуется укладывать на слой подсыпки толщиной 20–50 см из гравия, мелкого хорошо спекшегося котельного шлака, щебня или крупнозернистого песка. Пе­ред полями подземной фильтрации надлежит предусматривать установку септиков.

Песчано-гравийные фильтры и фильтрующие траншеи при количестве сточных вод не более 15 м³/сут следует проектировать в водонепроницаемых и слабофильтрующих грунтах при наивысшем уровне грунтовых вод на 1 м ниже лотка отводящей дрены. Пе­ред сооружениями необходимо предусматривать установку септиков.

Очищенную воду следует или собирать в накопители (с целью использования ее на орошение), или сбрасывать в водные объекты с соблюдением «Правил охраны поверх­ностных вод от загрязнения сточными водами» и «Правил санитарной охраны при­брежных вод морей» [1-3].

Фильтрующие колодцы надлежит устраивать только в песчаных и супесчаных грун­тах при количестве сточных вод не более 1 м³/сут. Основание колодца должно быть вы­ше уровня грунтовых вод не менее чем на 1 м. Ниже подводящей трубы следует преду­сматривать: донный фильтр высотой до 1 м из гравия, щебня, спекшегося шлака и дру­гих материалов – внутри колодца; обсыпку из тех же материалов – у наружных стенок колодца; отверстия для выпуска профильтровавшейся воды – в стенках колодца. В по­крытии колодца надлежит предусматривать люк диаметром 700 мм и вентиляционную трубу диаметром 100 мм.

Биологические пруды надлежит применять для очистки и глубокой очистки город­ских, производственных и поверхностных сточных вод, содержащих органические ве­щества. Биологические пруды допускается проектировать как с естественной, так и с ис­кусственной аэрацией (пневматической или механической). При очистке в биологических прудах сточные воды не должны иметь БПК_ПОЛН свыше 200 мг/л – для прудов с ес­тественной аэрацией и свыше 500 мг/л – для прудов с искусственной аэрацией. При БПК_ПОЛН свыше 500 мг/л следует предусматривать предварительную очистку сточных вод.

В пруды для глубокой очистки допускается направлять сточную воду после биоло­гической или физико-химической очистки с БПК_ПОЛН не более 25 мг/л – для прудов с ес­тественной аэрацией и не более 50 мг/л – для прудов с искусственной аэрацией. Перед прудами для очистки надлежит предусматривать решетки с прозорами не более 16 мм и отстаивание сточных вод в течение не менее 30 мин. После прудов с искусственной аэрацией необходимо предусматривать отстаивание очищенной воды в течение 2-2,5 ч.

Биологические пруды следует устраивать на нефильтрующих или слабофильтрую-щих грунтах. При неблагоприятных в фильтрационном отношении грунтах следует осуществлять противофильтрационные мероприятия. Биологические пруды следует располагать с подветренной по отношению к жилой застройке стороны господствующе­го направления ветра в теплое время года. Направление движения воды в пруде должно быть перпендикулярным этому направлению ветра. Биологические пруды следует про­ектировать не менее чем из двух параллельных секций с 3–5 последовательными ступе­нями в каждой, с возможностью отключения любой секции пруда для чистки или про­филактического ремонта без нарушения работы остальных. Отношение длины к ширине пруда с естественной аэрацией должно быть не менее 20. При меньших отношениях надлежит предусматривать конструкции впускных и выпускных устройств, обеспечи­вающие движение воды по всему живому сечению пруда. В прудах с искусственной аэрацией отношение сторон секций может быть любым, при этом аэрирующие устрой­ства должны обеспечивать движение воды в любой точке пруда со скоростью не менее 0,05 м/с. Форма прудов в плане зависит от типа аэраторов: для пневматических или ме­ханических пруды могут быть прямоугольными, для самодвижущихся механических -круглыми.

Хлорировать воду следует, как правило, после прудов. В отдельных случаях (при длине прокладки трубопровода хлорной воды свыше 500 м или необходимости строи­тельства отдельной хлораторной и т. п.) допускается хлорирование перед прудами. Кон­центрация остаточного хлора в воде после контакта не должна превышать 0,25-0,5 г/м³.

При необходимости дополнительного насыщения очищенных сточных вод кислоро­дом перед спуском их в водный объект следует предусматривать специальные устройст­ва: при наличии свободного перепада уровней между площадкой очистных сооружений и горизонтом воды в водном объекте – многоступенчатые водосливы-аэраторы, быст­ротоки и др., в остальных случаях – барботажные сооружения.

При необходимости дополнительного насыщения очищенных сточных вод кислородом перед спуском их в водный объект следует предусматривать специальные устройства: при наличии свободного перепада уровней между площадкой очистных сооружений и горизонтом воды в водном объекте - многоступенчатые водосливы-аэраторы, быстротоки и др., в остальных случаях - барботажные сооружения

Пневматические аэраторы рассчитываются по зависимостям, приведенным в п. 6.157 СНиП 2.04.03-85. В конструкции мелкопузырчатых аэраторов могут применяться фильтросные пластины и трубы, синтетические ткани, пористые пластины и т. п.

При использовании пористых материалов удельный расход воздуха на единицу рабочей поверхности аэраторов J_a,d зависит от индивидуальных свойств этих материалов и назначается в пределах J_a,d = 30-100 м³/(м^2.ч); для фильтросных пластин - J_a,d = 60-80 м³/(м^2.ч), для фильтросных труб J_a,d = 70 - 100 м³/(м^2.ч), считая на площадь горизонтальной проекции трубы, для синтетических тканей (арт. 56007, арт. 56026) J_a,d = 50 - 80 м³/(м^2.ч). Потери напора в фильтросных материалах и тканях следует принимать 0,7-1 м. Скорость выхода воздуха из отверстий дырчатых труб - 50 м/с.

При использовании аэраторов из синтетических тканей или пористых пластмасс целесообразны конструкции в виде решеток шириной до 2 м, что позволяет увеличить площадь полосы аэрации (отношение f_az/f_at = 0,2-0,3), повысить эффективность использования и снизить удельный расход воздуха.

В аэротенках-смесителях пневматические аэраторы располагаются вдоль одной стены коридора равномерно по всей их длине. Количество фильтросных пластин или труб определяется с учетом необходимости интенсивности аэрации и рекомендуемых значений J_a,d. В регенераторах аэраторы размещаются неравномерно по длине: в первой половине в 2 раза больше, чем во второй.

В аэротенках-вытеснителях аэраторы располагаются неравномерно в соответствии со снижением концентрации загрязнений и скоростей биохимического окисления.

Эрлифтные аэраторы. При наличии и сточных водах значительных количеств карбонатных солей, смол, жиров, вязких нефтепродуктов и волокнистых веществ, способных вызвать быструю кольматацию пор в мелкопузырчатых пневматических аэраторах, целесообразно применение эрлифтных аэраторов. По эффективности они приближаются к механическим, но не имеют сложного привода и не подвержены засорениям.

Принцип действия эрлифтных аэраторов совмещают в себе среднепузырчатую аэрацию с помощью сжатого воздуха в эрлифте и дополнительную аэрацию при изливе струи через кромку водослива (рисунок 38). Конструкция этих аэраторов разработана ВНИИ ВОДГЕО.

Рисунок 38 – Схема эрлифтного аэратора

1 - аэрационная решетка; 2 - нижний конус диффузора; 3 - труба диффузора: 4 - верхний конус диффузора с гребенчатым водосливом; 5 - лопатки; 6 - воздухопровод; 7 - опорные стойки