Биологическая очистка в биопрудах

В биопрудах переработка органических и ряда других примесей обеспечивается анаэробным разложением осадка в придонной зоне и окислением растворенных и коллоидных органических ве­ществ при аэробном метаболизме бактерий в средней части объ­ема воды (рис.). Продукты этих процессов утилизируются водо­рослями, растущими у поверхности и вырабатывающими кисло­род для обеспечения аэробной деструкции органических веществ.

Скорость последней стадии – это скорость производства кислорода при фотосинтезе – лимитирует общую скорость превращения органических веществ стоков в прудах и зависит от интенсивности освещения и температуры. Биопруды поэтому обычно неглубоки (0,9-1,5 м), а процессы фотосинтеза наиболее эффективны при ясной и теплой погоде.

Биологическую очистку сточных вод в прудах с естественной аэрацией осуществляют в тех случаях, когда БПК_полн не более 200 мг/л, при большой БПК_полн необходимо проводить этот процесс в прудах с искусственной аэрацией.

Время пребывания воды в прудах с естественной аэрацией зависит от вида и концентрации органических примесей и колеблется от 7 до 60 суток, в прудах с искусственной аэрацией требуемая степень очистки достигается за 1-3 суток.

Рис. Схема биохимических взаимодейст­вий в окислительном пруду: I – воздух;

II – зона роста водорослей; III – зона аэробной пере­работки растворимых и

коллоидных органи­ческих примесей; IV – ил (зона анаэробного разложения)

Биологические пруды, устраиваемые на нефильтрующих или слабофильтрующих грунтах, должны состоять не менее чем из двух параллельно работающих секций, включающих от двух до пяти последовательно расположенных ступеней (рис.). Эффект очистки в каждой ступени следует принимать около 50-60%.

Рис. Пятиступенчатый био­логический пруд: 1 – подача сточных вод; 2 – впуск;

3 – по­перечные стенки из фашин или из плетня; 4 – раздели­тельные валики;

5 – перепуск­ные лотки; 6 – запасные вы­пуски для опорожнения пру­дов;

7 – выпуски очищенных сточных вод; 8 – отводная ка­нава

Конструктивные размеры каждой секции пруда с естествен­ной аэрацией должны назначаться с учетом обеспечения гидрав­лического режима, близкого к идеальному вытеснению, гаранти­рующему движение жидкости по всему живому сечению пруда. Это достигается или соотношением длины секции и ее ширины не менее 2:1, или конструкциями впускных и выпускных устройств. Рабочая глубина прудов принимается равной 0,5-1 м.

В прудах с искусственной аэрацией форма пруда в плане за­висит от типа аэратора, обеспечивающего скорость движения во­ды в любой точке пруда не менее 0,05 м/с.

Рабочая глубина пруда зависит от БПК_полн поступающей сточной воды и не должна превышать 0,5, 1, 2 и 3 м соответствен­но при БПК_полн >100>40>20 и ≥20 мг/л.

Анаэробная очистка сточных вод

Анаэробная очистка – это анаэробный (в отсутствие кисло­рода) двухстадийный процесс биохимического превращения орга­нических загрязнений сточных вод в метан и диоксид углерода. Вначале под действием бактерий органические вещества сбражи­ваются до простых органических кислот (кислая фаза), а на второй стадии эти кислоты уже служат источником питания метанообразующих бак­терий (щелочная фаза).

Основная реакция метанообразования:

СО₂ + 4Н₂А → СН₄+ 4А + 2Н₂O,

где Н₂А - органическое вещество, содержащее Н₂.

Метан может образовываться в результате распада уксусной кислоты:

СН₃СООН → СН₄+ СО₂, СО₂ + 4Н₂ → СН₄ + 2Н₂O.

При определенных условиях конечным продуктом может быть и аммиак.

Метановые бактерии очень чувствительны к колебаниям внешних факторов. Это обстоятельство обусловливает меньшую гибкость и устойчивость анаэробного процесса, чем аэробного, и требует строгого контроля и регулировки входных параметров стоков. Оптимальными в аппарате считаются следующие: темпе­ратура 30-35 ⁰С, рН 6,8-7,2, ОВ-потенциал среды ≈-0,25.

Анаэробной очистке могут подвергаться достаточно концентрированные сточные воды с БПК₅ не менее 500-1000 г/м³. Ана­эробные аппараты сложнее по конструкции, чем аэротенки, и бо­лее затратные при строительстве.

Обычно анаэробное оборудование применяют для сбражи­вания осадков первичных отстойников и избыточного активного ила аэробных биохимических систем очистки бытовых стоков и их смесей с промстоками.

Степень распада органических соединений составляет 40-50%.

Предложены и используются одно- и двухступенчатые сис­темы очистки и разные типы реакторов.

В двухступенчатой систе­ме (рис.) первое сооружение – это биоустановка непрерывного действия с полным перемешиванием, второе сооружение может быть использовано для отделения и концентрирования твердых веществ (эту функцию могут также выполнять отстойники, центрифуги и др.).

Рис. Двухступенчатая система анаэробного разложения (а): 1 – вход отходов;

2 – отвод газа; 3 – иловая смесь; 4 – жидкий сток; 5 – суспензия; 6 – возврат ила;

7 – устройство для перемешивания; 8 – насадка (субстрат)

В таких системах возможен возврат (рециркуляция) части осадка из второй ступени в первую для увеличения в ней дозы биологиче­ски активных микроорганизмов и интенсификации процесса. Од­нако применение обычных отстойников на второй ступени воз­можно только при условии предварительной дегазификации пото­ка первой ступени, поскольку газовыделение препятствует отстаи­ванию. Поэтому двухступенчатые системы в основном используют для частичного разделения двух стадий анаэробной обработки: получения летучих органических кислот и метанового брожения.

В качестве анаэробных аппаратов в основном используют метантенки – сооружения, работающие по принципу реактора с полным перемешиванием.

Рис. Метантенк: 1 – газовый колпак для сбора газа; 2 – газопровод от газового колпака; 3 – пропеллерная мешал­ка; 4 – трубопровод для загрузки (например сырого осадка и активного ила); 5 – трубопроводы для удаления иловой воды или выгрузки сброженного осадка с разных уровней; 6 – инжектор подачи острого пара для подогрева содержи­мого метантенка и перемешивания; 7 – трубопровод выгрузки суспензии твердофазных продуктов сбраживания (например сброженного осадка); 8 - циркуляционная труба; 9 – трубопровод для опорожнения метантенка

Различают метантенки открытого и закрытого типов (послед­ние – с жестким или плавающим перекрытием).

В сооружении с неподвижным жестким перекрытием (рис.) уровень бродящей массы поддерживается выше основания горловины, так как в этом случае зеркало массы мало, велика интенсивность отвода газов и не образуется корка. Для ускорения процесса массу перемешива­ют и подогревают до 30-40 ⁰С (при мезофильном сбраживании) острым паром низких параметров (0,2-0,46 МПа). Основная циркуляция в метантенке осуществля­ется пропеллерной мешалкой.

Типовые метантенки имеют полезный объем одного резер­вуара 1000-3000 м³. Условно это объем разделяется на четыре с разными функциями части: объем для образования плавающей корки, объем для иловой воды, объем для собственно сбражива­ния, объем для уплотнения и дополнительной стабилизации осад­ка при хранении (до 60 сут.).

Максимально возможная суточная доза загрузки (в м³/сут на 1 м³ аппарата) определяется тем, что увеличение этой дозы вы­зовет превышение выноса с выходящим потоком из сооружения активных бактериальных клеток над их ростом и через опреде­ленное время в системе не останется достаточного количества действующих организмов.

Недостатки анаэробных систем: малая скорость роста микробов, высокая продолжительность пребывания биологически активных веществ в сооружениях (2-6 сут.).

Преимущества метода: минимальное образование биологически активных твердых веществ, получение полезных продуктов (горючий газ 65% метана и 33% диоксида углерода, сброженный ил).

Для обработки и сбраживания сырого осадка применяют три вида сооружений: 1) септики (септиктенки); 2) двухъярусные отстойники (эмшеры); 3)  метантенки.

19