Дисципліни:

Споруди для біологічного очищення стічних вод


« Лекції з дисципліни «Інженерні мережі та комунікації»

Біологічне очищення стічної води застосовують тоді, коли одного механічного очищення недостатньо. Під час механічного очищення стічної води можна видалити приблизно 30…35 % забруднень, а решту забруднень видаляють на спорудах біологічного очищення.

Залежно від умов в яких відбуваються очищення стічних вод споруди для біологічного очищення ділять на дві групи:

• споруди, в яких біологічне очищення відбувається в природних умовах (у верхніх шарах ґрунту, або у водоймах):

- поля зрошення;

- поля фільтрування;

- біологічні водойми;

• споруди в яких біологічне очищення здійснюють при штучно створених умовах:

- біологічні фільтри;

- аеротенки.

Поля зрошення – спеціально підготовлені земельні ділянки для біологічного очищення стічної рідини в природних умовах з одночасним використанням вологи та поживних речовин для вирощування сільськогосподарських рослин. Поля зрошення ділять на:

• комунальні;

• землеробні.

Поля фільтрації – призначені виключно тільки для біологічного очищення стічної рідини без вирощування сільськогосподарських рослин.

Суть процесу біологічного очищення полягає в тому, що під час фільтрування через ґрунт у верхньому шарі на поверхні її частин адсорбуються завислі і колоїдні речовини, які з часом утворюють в порах ґрунту мікробну плівку. Мікроби цієї плівки в присутності кисню повітря, який проникає через пори, окислюють органічні речовини, які є в стічній воді.

Для того щоб покращити процес очищення стічну воду попередньо освітлюють у відстійниках, при цьому з рідини виділяється до 80 % яєць гельмінтів.

Зрошувальна мережа полів може бути:

- постійна (магістральні і розподільні трубопроводи);

- тимчасова (переносні трубопроводи, тимчасові зрошувачі);

- поливна (борозни, смуги тощо).

Трубопроводи постійної мережі вкладають на глибину 0,7…1,2 м від поверхні землі.

Для полів зрошення слід вибирати відкриті ділянки землі зі спокійним рельєфом місцевості з водопроникними ґрунтами (піщані, супіщані, легкі суглинисті тощо).

Стічну воду, яку направляють на поля фільтрації також відстоюють у відстійниках, для того щоб попередити замулювання ґрунту.

Поля фільтрації не менше ніж два рази на рік переорюють, щоб зберігати ґрунт у розрихленому стані.

Біологічні водойми – штучно створені неглибокі водойми для біологічного очищення стічної рідини. Під час очищення у водоймах відбувається процес, який аналогічний до процесу самоочищення природних водойм.

Водойми роблять глибиною не більше 1 м і не менше 0,5 м – залежно від кліматичних умов. При незначній глибині забезпечується гарне прогрівання води і проникнення світла на дно водойми.

В зимовий період очисний ефект біологічних водойм падає, оскільки після утворення льоду процес окислення органічних речовин сповільнюється, а потім повністю припиняється. Тому використання біологічних водойм в районах з холодним кліматом обмежене.

Біологічні фільтри – це штучні окислювачі органічних речовин, які завантажені грубозернистим матеріалом (щебінь з твердих гірських порід та керамзит). Окислювальні процеси залежать від умов обміну повітря.

За продуктивністю біологічні фільтри непереривної дії ділять на:

• крапельні;

• високонавантажені.

За способом подавання повітря їх поділяють на біофільтри з вентиляцією:

- природною;

- штучною (аерофільтри).

Крапельні біофільтри непереривної дії називають перколяторними або окислювальними (рис. 14).

Круглий біофільтр з цегляними стінками

Рис. 14. Круглий біофільтр з цегляними стінками: 1 – труба, яка підводить стічну рідину; 2 – матеріал для фільтрування; 3 – водорозподільник, який обертається; 4 – лоток для відведення стічної рідини; 5 – труба для відведення стічної рідини

Такі біофільтри складаються з водонепроникної основи, дренажу, бокових стінок, матеріалу для фільтрування (висотою не менше 1,5 м і не більше 2 м) та розподільних пристроїв. Для розподілення стічної рідини по поверхні біофільтра застосовують розподільники різних систем, нерухомі або рухомі.

Освітлена в первинних відстійниках вода самопливом або під тиском подається у водорозподільник, який обертається для зрошення поверхні фільтрів.

Вода, що рівномірно розподіляється поверхнею біофільтра, протікає через товщу фільтра і надходить на суцільне непроникне дно, яке має нахил до країв фільтра. Після цього вода стікає у водовідвідні лотки і по них відводиться з біофільтра.

На поверхні фільтруючого матеріалу утворюється біологічна плівка, яка густо заселена аеробними мікроорганізмами, які мінералізують затримані на поверхні плівки органічні речовини.

Ефективність очищення біофільтрів дуже високий, близько 85 % і більше.

Високонавантажені біофільтри відрізняються від крапельних тим, що:

- вентиляція в основному штучна;

- більша висота шару фільтрувального матеріалу (до 20 м);

- фільтрувальний матеріал більшої фракції (до 100 мм).

За принципом дії високонавантажені біофільтри поділяють на такі, що працюють:

• на неповне біологічне навантаження;

• на повне біологічне навантаження.

За способом очищення високонавантажені біофільтри бувають:

- одноступінчаті;

- двохступінчаті.

Крім цього високонавантажені біофільтри ділять на:

• низькі – до 2 м;

• високі – від 2 до 9…20 м.

Високі біофільтри призначені для повного біологічного очищення стічних вод.

Аеротенки – споруди для біологічного очищення попередньо освітленої стічної води (рис. 15).

Схема  аеротенка  розрахованого  на повне очищення

Рис. 15. Схема аеротенка розрахованого на повне очищення: 1 – двохярусний басейн; 2 – аеротенк; 3 – вторинний відстійник; 4 – насосна станція; 5 – активний мул, який циркулює

Процес очищення відбувається в рухомому потоці при штучному введенні в нього активного мулу, а також кисню повітря як джерела життєдіяльності бактерій.

Аеротенки – це довгі залізобетонні резервуари прямокутного перерізу.

Активний мул – це скупчення аеробних мікроорганізмів у вигляді пластівців – мінералізаторів, які мають адсорбуючі властивості і здатність мінералізувати органічні речовини, які знаходяться в стічній воді.

Суміш стічної води з активним мулом із аеротенка направляється на вторинний відстійник, де активний мул відділяється від очищеної стічної води. Звідти одна частина мулу перекачується в канал перед аеротенком для повторного використання (цей мул називають циркуляційним), а інша частина мулу (його приріст) в метантенки.

Повітря, яке необхідне для окислення подають в аеротенки повітродувками. Стиснене повітря забезпечує інтенсивне перемішування стічної рідини з активним мулом (рис. 16).

Схеми подавання повітря в аеротенк

Рис. 16. Схеми подавання повітря в аеротенк: А – через труби з отворами; Б – через фільтроносні пластини; 1 – повітропровід; 2 – повітряні труби; 3 – канал для підводу повітря; 4 – фільтроносні пластини

Залежно від кількості повітря та тривалості перебування стічної рідини в аеротенку можна отримати різну ступінь її очищення. Аеротенки проектують:

- на повне біологічне очищення;

- на часткове біологічне очищення.

Крім одноступеневих аеротенків з регенерацією або без неї, застосовують також:

• аеротенки-змішувачі;

• двохступеневі аеротенки;

• аеротенки із ступінчатою аерацією;

• аеротенки відстійники тощо.

Вторинні відстійники – для освітлення стічної води, що витікає з аеротенків і містить велику кількість мулу, або з біофільтрів і містить біоплівку. У вторинних відстійниках активний мул і частинки бактеріальної плівки осаджують (рис. 17).

Вторинний відстійник з відсмоктувачем   мулу

Рис. 17. Вторинний відстійник з відсмоктувачем мулу: 1 – відсмоктувач мулу; 2 – лоток для збору води; 3 – труба для мулу; 4 – люк d = 40 см; 5 – клапани в днищі d = 10 см

Конструкція вторинних відстійників практично не відрізняється від конструкції первинних. Вони також бувають:

- горизонтальні;

- вертикальні;

- радіальні.

Для збільшення ефективності відстоювання застосовують:

• преаератори;

• біокоагулятори;

• освітлювачі з природною аерацією.

Преаератори – це споруди для здійснення попередньої аерації. При цьому стічну рідину перед відстоюванням попередньо продувають повітрям протягом 10…20 хв., інколи з добавленням активного мулу. Кількість повітря, яке подають в преаератор становить 0,5 м на 1 м3 стічної рідини.

Ефективність затримки завислих частинок під час використання преаераторів зростає до 65 %.

Біокоагулятори – споруджують у вигляді вертикальних відстійників з камерою біокоагуляції в середині (рис. 18).

Біокоагулятор

Рис. 18. Біокоагулятор: 1 – центральна труба; 2 – фільтроносні пластини; 3 – камера біокоагуляції; 4 – спеціальні кишені

Стічна вода по центральній трубі 1 поступає в камеру біокоагуляції 3. В камеру добавляють активний мул або біоплівку і нагнітають повітря через фільтроносні пластини 2. Повітряна суміш рухається в камері вверх і по спеціальних кишенях 4 спускається вниз, направляючись в зону, де вона відстоюється. Тривалість аерації 20 хв. В зоні відстоювання вода проходить через завислий шар, висвітлюється і відводиться по кільцевому лотку. Кількість завислих речовин зменшується на 75 %. Кількість повітря складає 0,5 м3 на 1 м3 стічної рідини.