Биофильтры

2.8 Биофильтры

В биофильтрах проводится биологическая очистка сточных вод в исскуственно созданном фильтрующем материале (слое). Перед подачей на биофильтры сточные воды должны пройти механическую очистку в септиках (при производительности до 25 м³/сут) или в решотках, песколовках и двухярустных отстойниках. БПК_полн сточных вод, подаваемых на биофильтры полной биологической очистки, не должно превыщать 250 мг/л. при большем значении БПК следует предусматривать рециркуляцию сточных вод.

На малых очистных сооружениях рекомендуется применять плоскостные или погружные бофильтры, распологая их в закрытых помещениях.

Плоскостные биофильтры применяются с загрузкой блоками из поливинилхлорида, полиэтилена, полистирола и других жёстких пластмасс, способных выдержать температуру от 6 до 30 ⁰С без потери прочности. Биофильтры проектируются груглыми, прямоугольными и многогранными в плане. Рабочая высота принимается не менее 4 м в зависимости от требуемой степени очистки. В качестве загрузочного материала могут применятся также асбестоцементные листы, керамические изделия (кольца Рашига, керамические блоки), металлические изделия (кольца, трубки, сетки), тканевые материалы (нейлон, капрон). Блочная и рулонная загрузки должны распологаться в теле бофильтра таким образом, чтобы избежать "проскока" нечищенной сточной воды.

Основные показатели некоторых плоскостных загрузочных материалов для биофильтров даны в таблице 1.2

Загрузка из полиэтилена "сложная волна" представляет собой листы, гофрированные в двух направлениях с высотой волны 60 мм. Листы размером  мм и толщиной 1 мм собираются в блоки с помощью сварки. Размер блоков  мм. Загрузка "сложная волна" с прокладкой плоскими листами отличается от предыдущей загрузки тем, что листы "сложная волна" прокладываются плоскими полиэтиленовыми листами толщиной 1 мм. При этом увеличивается удельная площадь и жёсткость блоков. Сточная вода распределется на поверхности биофильтра при помощи активного оросителя. На рисунке 2.4 приведён пример конструктивного решения биофильтра с пластмасовой загрузкой.

Таблица 2.1

Загрузка	Удельная площадь поверхности загрузочного материала, м2/м3	Пористость загрузки, %	Плотность загрузки, кг/м3	Средняя нагрузка по БПК5, кг/(м3.сут)
Полиэтиленовые листы с гофром типа "сложная волна":
С прокладкой плоскими листами	125	93	68	3
Без прокладки	90	95	50	2,2
Полиэтиленовые листы гофрированные:
С прокладкой плоскими листами	250	87	143	2,6
Без прокладки	140	93	68	2,2
Асбестоциментные листы гофрированные	60	80	500	1,2
Пеносткло-блоки размером см	250	85	190	1,5

Расчёт биофильтров с плоскостной нагрузкой ведётся по методу С.В. Яковлева и Ю. Воронова, а именно – критериальный комплекс определяется в зависимости от требуемой степени очистки (БПК₅) очищенных сточных вод – L₂:

L2, мг/л	10	15	20	30	35	40	45	50
	3,3	2,6	2,25	1,75	1,6	1,45	1,3	1,2

По среднезимней температуре сточных вод Т, ⁰С, подсчитывается константа скорости биохимических процессов

К_т=К₂₀^.1,047^Т-20

Где К₂₀ – константа скорости биохимических процессов в сточной воде при температуре 20 ⁰С.

В зависимости от требуемой степени очистки назначается высота слоя загрузки Н, м. При эффекте 90% Н=4,0 м. Величина пористости загрузочного материала Р, %, определяется видом выбранной нагрузки. Далее подсчитывается допустимая масса органических загрязнений по БПК₅, поступающих в сутки на единицу площади поверхностного материала биофильтра F, г/(м^2.сут).

По исходной БПК₅ поступающих сточных вод L₁, мг/л, и конструктивному размеру удельной площади поверхности загрузочного материала S_уд, м²/м³, определяется допустимая гидравлическая нагрузка q_n, м³/(м^3.сут).

В заключении определяется объём загрузочного материала биофильтров W, м³, их число и конструктивные размеры

где Q – расход сточных вод, м³/сут.

Для осветления биологической очищенной сточной воды за биофильтром предусматривают вертикальные вторичные отстойники с временем пребывания 0,75 ч. Масса избыточной биологической плёнки принимается равной 28 г по сухому веществу на 1 человека в сутки, влажность плёнки – 96%.

Хотя биофильтры с плоскостной загрузкой лишены основных недостатков классических биофильтров с зернистой загрузкой ( заиливание, неравномерное обростание загрязки по высоте биоплёнкой, охлаждение воды при применении рециркуляции сточных вод и т.п.), они всё-таки имеют ряд недостатков по сравнению с аэротенками: необходимость подачи сточных вод на биофильтр насосом (так как на фильтрах теряется напор не менее 3 м), относительно большой расход дефицитной пластмассы для изготовления загрузки и высокая стоимость.

Глава 3

Аэрационные сооружения

§ 3.1 Сущность процесса очистки и классификация сооружений аэрации

Метод биохимической очистки жидкости в аэротенках активным илом заключается в переработке скопления аэробных микроорганизмов органических веществ загрязнений при их частичной или полной минерализации в присутствие подаваемого в аэрационный бассейн (аэротенк) кислорода воздуха и последующем разделении прореагировавшей смеси во вторичном отстойнике с возвратом активного ила в аэротенк.

В стационарных условиях работы установок различаются 5 фаз работы и развития активного ила.

I фаза – биосорбция органического вещества хлопьями активного ила. В этой фазе происходит сорбция растворённых и коллоидных органических веществ. Одновременно начинается прирост массы активного ила (лаг – фаза).

II фаза – биохимическое окисление легко окисляемых углеродосодержащих органических веществ сточной жидкости с выделением энергии, используемой микроорганизмами для синтеза клеточного вещества активного ила. Прирост массы ила даёт интенсивно (фаза логарифмического роста).

III фаза – синтез клеточного вещества активного ила при замедленной скорости роста. Масса ила остаётся здесь относительно постоянной (стационарная фаза).

IV фаза – фаза отмирания или постепенного уменьшения массы ила, соответствующая фазе эндогенного дыхания. Органическое вещество клеток биомассы в этой фазе подвергается эндогенному окислению до конечных продуктов NH₃ , CO₂ , H₂O , что приводит к уменьшению общей массы ила.

V фаза – фаза конечного заката. Здесь происходят процессы нитрификации и денитрификации с дальнейшей деградацией и минерализацией активного ила.

Таким образом, применяемые для очистки малых расходов сточных вод малогабаритные аэрационные сооружения классифицируются следующим образом

1.   По технологическому принципу:

а) аэротенки продлённой аэрации с полным окислением

органических загрязнителей

б) аэротенки с отдельной стабилизацией активного ила.

2. По режиму протока сточных вод:

а) проточные установки

б) установки, работающие на контактном режиме с периодическим

выпуском сточных вод

3.   По гидродинамическим условиям циркуляции смеси в камере

аэрации

а) аэротенки – вытеснители

б) аэротенки смесители.

4. По месту изготовления:

а) установки заводского изготовления;

б) установки местного изготовления.

3.2 Основные расчётные параметры аэрационных сооружений

основными технологическими параметрами характеризующими процесс биохимической очистки сточных вод в аэротенках и определяющими эффективность работы сооружений, являются: концентрация активного ила в камере аэрации, нагрузка на ил, объёмная нагрузка, скорость окисления, окислительная мощность сооружения, продолжительность аэрации, возраст и прирост или.

Концентрация или доза активного ила по сухому веществу S_c или бензольному веществу S_б, г/м³, составляет для аэротенков продлённой аэрации S_c=3-6 г/л при зольности 25-35%.

Нагрузка на ил – общее количество органических загрязнений, поступающих в сооружение за единицу времени (час, сутки), отнесённые к общему количеству сухой бензольной массы или в системе

где L_o – концентрация органических загрязнений (БПК_П), поступающей сточной жидкости, г/м³; Q – расход сточных вод, м³/сут; W – объём камеры аэрации, м³.

Если нагрузка на ил вычисляется не по всему поступающему количеству загрязнений, а только по удалённой части, т.е. по снятой БПК_п, то этот параметр называется удельной скоростью окисления (изъятия) загрязнений активным илом , г БПК п/г или в сутки

где L_t – БПК_П очищенной сточной воды, г/м³.

 

Удельная скорость окисления  всегда менише нагрузки на ил и составляет в зависимости от эффекта очистки 90-95 % от последней.

От величины нагрузки и скорости окисления зависит глубина протекания процессов биологической очистки: чем меньше удельная скорость окисления (до 0,3г БПК_П на 1г илив сутки), тем выше эффект очистки сточной жидкости, выше возраст и зольность ила, а также прирост или. В расчётах аэротенков продлённой аэрации (полного окисления) величина  обычно принимается равной 6 мг/л органического вещества активного ила в час.

Количество загрязнений, которое подаётся на единицу объёма аэрационной камеры в единицу времени, называется объёмной нагрузкой b, г БПК_П/м^3.сут)

Окислительная мощьность (ОМ), г БПК_П/(м^3.сут) – это количество загрязнений, удалённое в единицу времени, сут, и отнесённое к 1м³ объёма аэрационной камеры.

окислительная мощьность зависит от нагрузки на ил и количества бензольного вещества ила

Продолжительность аэрации сточной жидкости для процесса биологической очистки в аэротенках – промежуток времени t, ч, за который происходит изьятие органических загрязнений активным илом и стабилизация самого ила,

где  - зольность ила в долях единицы; Т – среднегодовая температура сточной воды, %.

Активность ила характеризуется его возрастом, т.е. продолжительностью пребывания активного ила в аэрационном сооружении А, сут, определяемой по формуле

где - абсолютное количество приросшего по бензольному веществу ила, г/(м^3.сут).

для увеличения или уменьшения возраста или изменяют соотношение между количеством возвратного и избыточного ила. Максимальные концентрации ила в иловой смеси и возраст ила достигаются повашением количества циркулирующего активного ила. При большом выносе активного ила с очищенной сточной жидкостью возраст ила снижается.

Одним из важнейших технологических параметров сооружений аэрации является прирост активного или. Различают относительный и удельный прирост ила. В стационарном процессе прирост ила равен количеству удаляемого из системы ила (избыточный ил и вынос ила с очищенной водой).

Относительный прирост ила – количество прирошего ила на единицу массы ила в сооружении по бензольноу веществу, г/(г^.сут)

удельный прирост ила – количество приросшего ила по бензольному веществу с общего снятого количества загрязнений сточной жидкости по БПК_П в сутки, г/(г БПК_П^.сут)

Чем меньше величина удельного прироста ила, тем глубже процесс биохимической очистки сточных вод и выше степень стабилизации и минирализации ила.

При очистке бытовых сточных вод прирост активного ила г/(м^3.сут) может быть определён по формуле

где S_o – концентрация взвешенных веществ в поступающей в аэротенк сточной воде, г/м³.

Показателем качества активного ила является его способность к оседанию. Эта способность оценивается величиной илового индекса, мл/л, представляющего собой объём активного ила, мл, после отстаивания в течении 30 мин иловой смеси объёмом 100 мл, отнесённой к 1 г сухого вещества ила. При нормальном состоянии активного ила его иловый индекс имеет величину 60-150 мл/г.

Возраст ила – среднее время пребывания ила в аэрационном сооружении. Измеряется в сутках.