9.2 Розрахунок вторинних радіальних відстійників

Розрахунок вторинних відстійників виконують за гідравлічним навантаженням, м³/(м²×год), яке визначається [6] за формулою:

, (9.1)

де K_ssа – коефіцієнт використання проточної частини відстійника;

H_set – глибина проточної частини відстійника, м;

J_i – муловий індекс, см³/г;

a_i – доза активного мулу в аеротенку, г/л;

a_t – винесення завислих речовин з вторинних відстійників відповідно до розрахунку необхідного ступеня очищення стічних вод, мг/л.

Тривалість відстоювання у вторинних відстійниках суміші стічних вод і активного мулу дорівнює 2 год.

Потрібна загальна площа, F_ssa, вторинних відстійників:

м². (9.2)

Діаметр вторинного відстійника, D_ssa, приймають таким, що дорівнює діаметру первинного, D_set, і визначають кількість, n_ssa, вторинних відстійників:

, (9.3)

де f_ssa – площа одного вторинного відстійника.

Питання для самоконтролю

1. Яке призначення мають вторинні відстійники після аеротенків?

2. Схарактеризуйте осади, що утворюються під час біологічного очищення стічних вод.

3. Чому дорівнює час відстоювання рідини у вторинних відстійниках після аеротенків?

10. Знезараження стічних вод

10.1 Методи знезараження стічних вод

Очищення стічних вод в аеротенках або на біофільтрах забезпечує зменшення загального вмісту бактерій на 90–95 %. Для знищення патогенних бактерій, що залишилися в очищених стічних водах, і зменшення таким чином небезпеки зараження води водойм здійснюється знезаражування стічних вод.

Найпоширенішим методом знезаражування стічних вод є їх хлорування водним розчином газоподібного хлору чи гіпохлоритом натрію.

Застосовують також фізичні методи знезараження, найбільш поширеним з яких є ультрафіолетове опромінювання стічних вод, можливе використання комбінованих методів.

Метод знезараження стічних вод визначається не тільки техніко–економічними й санітарними, але й екологічними вимогами.

Метод знезараження, що використовують, не повинен суперечити вимогам охорони поверхневих вод від надходження у водоймища токсичних сполук, наприклад, активного хлору, хлорорганіки, наявність яких у воді не допустима.

Кількість активного хлору, необхідна для знезаражування одиниці об’єму стічних вод, виражена в мг/л чи г/м³, називається дозою хлору. При експлуатації очисних споруд необхідну дозу хлору уточнюють експериментальним хлоруванням і приймають такою, щоб кількість залишкового хлору після 30 хвилин контакту зі стічними водами не була меншою за 1,5 мг/л (г/м³.). Розрахункова доза активного хлору призначається рівною 10 г/м³ для механічно очищених стічних вод, 5 г/м³ – для стічних вод після неповного біологічного очищення і 3 г/м³ – для біологічно очищених стічних вод [5].

Зазвичай на руйнування бактеріальних клітин витрачається лише незначна частина хлору, що вводиться у воду. Більша частина хлору йде на окислення органічних речовин і на реакції з мінеральними домішками, що містяться у воді. Кількість хлору, яка витрачається на ці процеси, характеризує хлорпоглинання води.

Хлор, що додається, повинен бути ретельно перемішаний зі стічними водами. До складу споруд для хлорування стічних вод входять хлораторна, змішувач і контактний резервуар.

У наш час експлуатуються декілька типів установок для приготування й дозування розчинів, що містять активний хлор.

Установки першого типу працюють на зрідженому хлорі й називаються хлораторами. У цих установках послідовно здійснюється випаровування хлору, його механічне очищення, дозування й розчинення у воді. Хлорування здійснюється хлорною водою, що виходить із хлоратора. У деяких випадках хлорування може здійснюватись безпосередньо газоподібним хлором, який змішується із стічними водами в спеціальних пристроях.

До другого типу належать установки, призначені не тільки для приготування дезінфікуючих розчинів, але і для отримання їх із первинної сировини. До таких установок відносять електролітичні установки для приготування розчинів гіпохлориту натрію.

Вибір установки для хлорування здійснюють за витратою очищуваних стічних вод, умовами постачання, транспорту й зберігання реагентів, можливістю автоматизації процесів і механізації трудомістких робіт.

Хлорування стічних вод розчинами газоподібного хлору. Хлор поставляється на очисні станції в балонах чи контейнерах, у яких він знаходиться під надлишковим тиском переважно в рідкому стані.

Внаслідок малої розчинності рідкого хлору його попередньо переводять у газоподібний стан, після чого розчиняють у воді, а хлорування стічних вод здійснюють так званою хлорною водою.

Установки для хлорування стічних вод складаються з наступних вузлів: складу хлору; пристроїв для випаровування рідкого хлору; дозування газоподібного хлору й приготування хлорної води (хлоратора); насосної для підвищення напору води, що подається в ежектор; електрощитової та приміщення контрольно–вимірювальних приладів; вентиляційних і дегазаційних пристроїв.

Суттєвим недоліком методу обробки газоподібним хлором є необхідність транспортування і зберігання великих об’ємів високотоксичного рідкого хлору в балонах, що представляє потенційну небезпеку виникнення надзвичайних аварійних ситуацій.

Хлоратори можуть бути напірними чи вакуумними. У напірних хлоргаз знаходиться під деяким надлишковим тиском, у вакуумних – під тиском менше атмосферного. Найбільшого поширення набули вакуумні хлоратори, які виключають можливість витоку хлору в приміщення, де вони встановлені. Серед відомих конструкцій вакуумних хлораторів найбільшого поширення набули хлоратори марок ЛОНИИ–СТО (рис. 10.1) і ЛК конструкції проф. Л. А. Кульського.

Рис. 10.1 – Хлоратор ЛОНИИ –СТО

1 – запірний вентиль; 2 – фільтр; 3 – мембранна камера; 4 і 7 – манометри; 5 – редукційний клапан; 6 – трійник; 8 – регулюючий вентиль;

9 і 11 –з’єднувальні трубки; 10 – ротаметр; 12 – змішувач хлоргазу з водою

Застосування озону для знезараження стічних вод. При знезаражуванні стічних вод озон, який є алотропічною модифікацією кисню, застосовується в газоподібному вигляді. За температури 0°С і тиску 0,1 МПа розчинність чистого озону складає 0,68 г/л, а маса його 1 л – 2,144 г. Молекула озону O₃ дуже нестійка й легко дисоціює на атом і молекулу кисню. Швидкість дисоціації озону зростає при збільшенні значення рН, температури й ступеня мінералізації води. Озон – сильний окислювач. Згідно сучасних уявлень механізм знезаражування води озоном ґрунтується на його здатності інактивувати складні органічні речовини білкової природи, що є в тваринних і рослинних організмах. Патогенні мікроорганізми знищуються озоном у 15–20, а спорові форми бактерій – у 300–600 разів швидше, ніж хлором. Крім цього озон одночасно підвищує прозорість води і знижує її кольоровість.

Доза озону для знезаражування стічних вод залежить від ступеня попереднього очищення і вмісту органічних речовин у стічних водах (озон, у першу чергу, окислює органічні речовини, а вже потім діє як дезінфікуючий агент), часу контакту стічних вод з озоном, концентрації озону в озоно–повітряній суміші. Знезаражування озоном доцільно передбачати після доочищення стічних вод на мікрофільтрах чи фільтрах. Дозу озону в цьому випадку слід приймати рівною 6–10 мг/л при тривалості контакту зі стічними водами 8–10 хв.

Для біологічно очищених стічних вод при концентрації завислих речовин 10–12 мг/л і БПК_повн 15 мг/л доза озону складає 15–30 мг/л, а тривалість контакту – 0,3–0,5 год.

Установки для озонування складаються з озонаторів для синтезу озону, обладнання для підготовки й подачі повітря, систем електроживлення, камер для контакту озону з оброблюваною водою, обладнання для утилізації залишкового озону у відпрацьованій газовій суміші.

Озон отримують шляхом розщеплення молекулярного кисню на атоми під дією тихого електричного розряду в спеціальних апаратах – озонаторах, у яких повітря пропускається з певною швидкістю між двома електродами, сполученими з джерелом змінного струму високої напруги (5–20 кВ).

Для отримання 1 кг озону потрібно 50–60 м³ повітря.

Курганським заводом хімічного машинобудування виготовляються озонатори типу ОП–121, продуктивністю 0,4–1,8 кг озону за 1 годину.

Основними причинами, що стримують і ускладнюють широке застосування озону для знезаражування стічних вод, є відносно висока його собівартість, яка визначається невисокою якістю озонаторних установок промислового типу пропускною спроможністю 10–50 кг/год і малим ступенем використання озону (50–70 %) в існуючих конструкціях змішувачів. Вдосконалення процесів очищення стічних вод із застосуванням озону розвивається за двома основними напрямками. Це створення ефективних, високопродуктивних і економічних генераторів озону, працюючих на підвищених частотах, та інтенсифікація процесу масообміну контактуючих фаз (озону й стічних вод) за рахунок зміни швидкості реакції застосуванням каталізаторів, фотохімічного чи радіохімічного впливу, поєднання озонування з ультрафіолетовім опроміненням.

Ультрафіолетове (УФ) випромінювання. Знезараження стічних вод з використанням ультрафіолетового (УФ) випромінювання не потребує застосування хімічних реагентів, не впливає на смак і запах води і діє не тільки на бактеріальну флору, але й на бактеріальні спори. Тим самим усувається потреба у зберіганні, транспортуванні й виробництві небезпечних розчинів і газів. Для досягнення необхідного ефекту знезаражування стічних вод потребується всього декілька секунд (у порівнянні з 15–30 хв. при обробці хлором чи озоном). Цей метод може бути надійним і нешкідливим замінником хлору завдяки виключенню отруйних речовин і достатній бактерицидній активності проміння. Бактерицидне опромінення діє майже миттєво й отже, вода, що пройшла через установку, може відразу ж надходити в систему оборотного водопостачання або у водойму. Знезараження стічних вод ультрафіолетовим випромінюванням не чинить токсичного впливу на водні організми й не призводить до утворення шкідливих для здоров'я хімічних сполук.

На відміну від хлорування або озонування, при правильному виборі джерела й дози УФ випромінювання знезараження не супроводжується зміною складу води й появою яких–небудь токсичних побічних продуктів.

Технологія УФ–знезараження має такі переваги:

• енерговитрати в промислових УФ–установках у 3–4 рази менші від енергоспоживання озонаторних систем;

• УФ–комплекси і їх периферійне обладнання компактні й безпечні;

• використання УФ–знезараження виключає утворення токсичних і канцерогенних продуктів;

• відсутність необхідності в зберіганні небезпечних матеріалів і реагентів.

УФ–випромінювання ефективно руйнує мікроорганізми шляхом зміни генетичної інформації ДНК, що призводить до загибелі понад 99,99 % усіх патогенних мікроорганізмів у стічній воді.

Як джерело УФ–випромінювання застосовують спеціальні ртутно–кварцові та ртутно–аргонові лампи з увіолевим склом, яке має підвищену прозорість у зоні УФ–спектра.

УФ–випромінювання ефективне тільки при знезараженні стічних вод, які пройшли якісне біологічне очищення або доочищення на крупнозернистих фільтрах.

Для обробки стічних вод УФ–випромінюванням застосовують установки з зануреними та незануреними джерелами випромінювання.

Установки напірного типу малопотужні й прості. Вони складаються з корпуса, в якому розташована УФ–лампа, поміщена в захисний кварцовий чохол.

Більшість бактерицидних УФ–установок призначені для знезаражування невеликих обсягів стічних вод. Вони являють собою камеру опромінення у вигляді труби невеликого діаметра, куди коаксиально вмонтоване джерело УФ–випромінювання, поміщене у захисний кварцовий кожух. В одній камері УФ–випромінювання монтуються 1–3 лампи й пропускна здатність такої камери не перевищує 50 м³/год.

Для знезаражування води доцільно використовувати лампи низького тиску, що характеризуються відсутністю високотемпературних ефектів і простотою пускорегулюючої електроапаратури.

Водозанурені установки касетного типу з використанням ртутних ламп низького тиску вирішують проблему знезаражування стічних вод перед випуском їх у водойми.