12.2. Классификация биофильтров

Биофильтры могут работать на полную и неполную биологическую очистку и классифицируются по различным признакам, основными из ко­торых являются конструктивные особенности и вид загрузочного материа­ла.

По виду загрузочного материала биофильтры делятся на: био­фильтры с объемной загрузкой (гравий, шлак, керамзит, щебень и др.) и биофильтры с плоскостной загрузкой (пластмассы, асбестоцемент, керами­ка, металл, ткани и др.).

Биофильтры с объемной загтрузкой подразделяются на следующие

виды:

• капельные, имеющие крупность фракций загрузочного материала 20-30 мм и высоту слоя загрузки 1-2 м;

• высоконагружаемые, имеющие крупность загрузочного материала 40-60 мм и высоту слоя загрузки 2-4м;

• биофильтры большой высоты (башенные), имеющие крупность загрузочного материала 60-80 мм и высоту слоя загрузки 8-16 м.

Объемный загрузочный материал имеет плотность 500-1500 кг/м³ и пористость 40-50%.

Биофильтры с плоскостной загрузкой подразделяются на следую­щие виды:

• с жесткой засыпной загрузкой. В качестве загрузки могут исполь­зоваться керамические, пластмассовые и металлические засыпные элементы. В зависимости от материала загрузки плотность ее со­ставляет 100-600 кг/м³, пористость 70-90%, высота слоя загрузки 1-6 м;

• с жесткой блочной загрузкой. Блочные загрузки могут выполнять­ся из различных видов пластмассы (гофрированные и плоские листы или пространственные элементы), а также из асбестоце-ментных листов. Плотность пластмассовой загрузки 40-100 кг/м³, пористость 90-97%, высота слоя загрузки 2-16 м;

• с мягкой или рулонной загрузкой, выполненной из металлических сеток, пластмассовых пленок, синтетических тканей (нейлон, ка­прон), которые крепятся на каркасах или укладываются в виде ру­лонов. Плотность такой загрузки 5-60 кг/м³, пористость 94-99%, высота слоя загрузки 3-8 м.

Пропускная способность биофильтров зависит от конструктивных особенностей того или иного типа сооружения и объясняется содержанием активной биомассы на единицу объема биофильтра.

Биофильтры с объёмной загрузкой (капельные биофильтры). В капельном биофильтре сточная вода подается в виде капель или струй. Ес­тественная вентиляция воздуха осуществляется через открытую поверх­ность биофильтра и дренаж. Такие биофильтры имеют низкую нагрузку по воде - обычно 0,5-2 м³ на 1 м³ объема загрузочного материала в сутки. Ка­пельные биофильтры впервые появились в Салфорде (Великобритания) в 1893 г., их рекомендуется применять при расходе сточных вод не более 1000 м³/сут. Они предназначаются для полной биологической очистки сточных вод.

Схема работы капельных биофильтров следующая. Сточная вода, осветленная в первичных отстойниках, самотеком (или под напором) по­ступает в распределительные устройства, из которых периодически напус­кается на поверхность биофильтра. Вода, профильтровавшаяся через толщу загрузки, проходит через дренажную систему, а далее по непроницаемому днищу стекает к отводным лоткам, расположенным за пределами био­фильтра. Затем вода поступает во вторичные отстойники, в которых от­мершая биоплёнка отделяется от очищенной воды. При нагрузке по орга­ническим загрязнениям больше допустимой, загрузочный материал быстро заиливается, и работа капельных биофильтров резко ухудшается.

Высоконагружаемые биофильтры. В начале XX столетия появи­лись биофильтры, которые у нас в стране получили название - аэрофильт­ры, а за рубежом - биофильтры высокой нагрузки.

Отличительной особенностью этих сооружений является более вы­сокая, по сравнению с капельными биофильтрами, окислительная мощ­ность, что обусловлено меньшей заиляемостью таких фильтров и лучшим обменом воздуха в них. Достигается это благодаря крупным фракциям за­грузочного материала и повышенной в несколько раз нагрузке по воде. Вы­сокая скорость движения сточной воды в биофильтре обеспечивает посто­янный вынос задержанных трудноокисляемых нерастворенных примесей и отмирающей биопленки. Поступающий в тело биофильтра кислород возду­ха расходуется в основном на биологическое окисление части загрязнений, не вынесенных из тела биофильтра. Конструкции аэрофильтров были пред­ложены Н.А. Базякиной и С.Н. Строгановым и в 1929 г. построены на Ко­жуховской биологической станции. Они предназначаются для неполной и полной биологической очистки сточных вод.

Башенные биофильтры. Эти биофильтры имеют высоту 8-16 м и применяются для очистных станций пропускной способностью до 50 тыс.м³/сут при благоприятном рельефе местности и при БПК очищен­ных сточных вод 20-25 мг/л. В отечественной практике они распростране­ния не получили.

Биофильтры с плоскостной загрузкой. Появление в 50-х годах XX века плоскостных - блочных, мягких и засыпных загрузочных материа­лов позволило значительно повысить производительность биологических фильтров (рис. 12.3).

О сновные виды серийно выпускаемых плоскостных загрузочных материалов представлены в табл. 12.1.

К

Таблица 12.1

Плоскостные загрузочные материалы

Загрузка	Страна изготови­тель	Плот­ность, кг/м3	Порис тость,%	Удельная поверх­ность, м2/м3	Масса, кг/м2	Материал
1	2	3	4	5	6	7
Полигрид	США	80	95	45	1,77	Полисти­рол
Доупак	США	60	94	82	0,73	Саран
Сэфпак	США	48-64	94	90-187	0,17­0,78	Полисти­рол
Клоизо-нил 1,11	Франция	70-80	94-95	180-220	0,36­0,39	ПВХ
Корозил	США	43-68	95-97	122	0,45	ПВХ
Пласдек	Швеция	28-70	95-98	100-230	0,19­0.30	ПВХ
Фловик А.В,С	Велико-брит.	38-76	95-97	86-160	0,44­0,48	ПВХ
Гидропак	Германия	31-67	94-98	200	0,16-0,4	ПВХ
Зульцер	Швейцария	140	90	450	0,31	ПВХ
Биопак	-	75	93	124	0,60	Полисти­рол
НСВ	-	41	96	73	0,56	Полисти­рол
Сложная волна	Россия	40	96	80	0,50	Полиэти­лен
Флокор Е, М, Р	Велико-брит.	39-70	96	90-330	0,21­0,43	ПВХ
Эваллпо-рит	Германия	50	94	160	0,31	ПВХ
Кларпак ВР-Т	Польша	28	98	135	0,21	ПВХ
ЗОЗП	РФ	60	95	120	0,5	Полиэти­лен
Трак	РФ	20	97	140	0,14	ПВХ
Тракпор	РФ	48	94	187	0,25	ПВХ

ак видно из таблицы, плотность плоскостных загрузочных мате­риалов (12,2-140 кг/м³) значительно меньше, чем традиционных из гравия или щебня (1350-1500 кг/м³), что позволяет упростить и облегчить фунда­мент и ограждающие конструкции биофильтров. Пористость плоскостных загрузочных материалов (87-99%) более чем вдвое выше, чем у объемных загрузок (40-50%), что позволяет отказаться от принудительной вентиляции и сэкономить значительное количество электроэнергии. Удельная поверх­ность плоскостных загрузочных материалов 80-450 м²/м³, против 50­80 м²/м³ у объемных. Однако, даже при одинаковой удельной поверхности

акшвная поверхность плоскостных загрузочных материалов значительно больше за счет отсутствия мертвых зон, образующихся при соприкоснове­нии фракций засыпного загрузочного материала.

Установлено, что на производительность биофильтра большое влияние оказывает конфигурация загрузочного материала. В загрузочных материалах, где жидкость движется строго вертикально по гладкой поверх­ности, гидравлический режим ламинарный (идеальный вытеснитель), а в загрузочном материале со сложной формой поверхности, где поток откло­няется по вертикали (Флокор, Пласдек и др.), режим движения жидкости турбулентный. По данным зарубежных ученых, производительность слож­ных загрузочных материалов, по сравнению с гладкими (при одинаковой площади удельной поверхности и в одинаковых условиях работы), на 67% выше.

Биофильтры насчитывают столетнюю историю использования их в качестве биологических окислителей. Но с конца 50-х годов XX столетия число строящихся станций биофильтрации в нашей стране по субъектив­ным и объективным причинам стало уменьшаться. Среди этих причин можно выделить следующие: неиндустриальность строительства; отсутст­вие загрузочного материала; малая пропускная способность; изменение состава поступающих на очистку сточных вод; ненадежность работы при перегрузках (особенно по органическим загрязнениям) и ряд других. Из общего числа проектируемых и строящихся биологических окислителей на долю биофильтров приходится не более 10%.

Вместе с тем при наличии дешевых местных материалов и дефици­те электроэнергии, а также в тяжелых грунтовых условиях и сейсмичных районах предпочтение отдается биофильтрам. Например, в Киргизии из 31 действующей станции биологической очистки - 28 с биофильтрами. Следует отметить, что в ряде отраслей промышленности (гидролизно-дрожжевая, пищевая, и др.), где сточные воды обладают значительной пе-нообразующей способностью, целесообразно применять биофильтры.

В настоящее время согни построенных станций биофильтрации ра­ботают в режиме, превышающем их расчетную пропускную способность, как по расходу сточных вод, так и нагрузкам по органическим загрязнени­ям. Весьма актуальной стала проблема модернизации таких станций био­фильтрации, что явилось стимулом для разработки новых высокопроизво­дительных загрузочных материалов. Следствием этого и стало появление новых биофильтров с плоскостной загрузкой. Они имеют высокую индуст-риальность строительства, включая заводское изготовление блочного за­грузочного материала или комплекса сооружений небольшой пропускной способности. Им свойственна высокая пропускная способность, как по рас­ходу сточных вод, так и по снижению органических загрязнений, превы­шающая соответствующие показатели биофильтров с объемной загрузкой в 3-8 раз.

12.3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ РАБОТЫ БИОФИЛЬТРОВ

В классической схеме на биофильтрах процесс очистки сточных вод осуществляется в проточном режиме с периодическим или непрерыв­ным орошением поверхности загрузочного материала и включает сооруже­ния биофильтрации и вторичного отстаивания, оборудование и коммуника­ции для подачи и распределения сточной воды, отведения и рециркуляции очищенной воды, вентиляции биофильтров.

По технологической схеме работы биофильтры могут быть одно- и двухступенчатыми, при этом режим работы назначается как с рециркуля­цией, так и без нее. В некоторых случаях биофильтры применяются в каче­стве сооружений первой или второй ступеней биологической очистки в комплексе с друг ими биоокислителями.

Допускается применение биологических фильтров с плоскостной загрузкой без первичного отстаивания в одно- и двухступенчатых техноло­гических схемах очистки сточных вод.

На рис. 12.4, а приведена классическая схема очистки сточных вод при концентрации органических загрязнений по БПК_М0ЛН <300 мг/л. По этой схеме сточная вода, после первичного отстаивания поступает на биофильтр и далее биологически очищенная вода осветляется во вторичном отстойнике.

Технологическая схема (рис. 12.4, б) предназначена для очистки сточных вод, если концентрация загрязнений по БПК_1ГОЛН >300 мг/л. По этой схеме часть биологически очищенной сточной воды отбирается после вто­ричного отстойника и подаётся перед биофильтрами и тем самым достига­ется требуемое разбавление воды, поступающей на биологическую очист­ку. Применение схемы с рециркуляцией сточной воды повышает эффек­тивность работы очистных сооружений по БПК и позволяет снизить кон­центрацию аммонийного азота.

Для очистки сточных вод с высокой концентрацией органических загрязнений по БПК, содержащих трудноокисляемые загрязнения, следует применять двухступенчатые технологические схемы (рис. 12.4, в, г, д). При этом на первой ступени используются биофильтры, а на второй - другие виды биологических окислителей, например аэротенки.

В последние годы в отечественной и зарубежной практике очистки сточных вод находят применение одно- и двухступенчатые схемы биологи­ческой очистки с применением на первой ступени биофильтров с плоскост­ной загрузкой, на которые сточная вода поступает непосредственно после песколовок без первичного отстаивания (рис. 12.4, ж).