Биологическая очистка стоков
Биологическая очистка производственных и хозяйственно-бытовых стоков основана на способности микроорганизмов использовать загрязняющие вещества как источник питания. При этом происходит аэробная деструкция органических соединений, удаление азота и фосфора. Органические загрязняющие вещества при биологической очистке частично окисляются до конечных продуктов воды и углекислого газа или трансформируются в новые микроорганизмы (избыточный ил), которые удаляются на дальнейших стадиях очистки. Удаление азота происходит путем аммонификации – нитрификации – денитрификации азотсодержащих соединений, а также накопления в виде избыточного ила. Удаление фосфора осуществляется биологическими методами и осаждением солями некоторых металлов.
Аэробная биологическая очистка сточных вод представляет собой окисление органических компонентов сточных вод сообществом микроорганизмов (биоценоз активного ила) в присутствии растворенного кислорода. Насыщение иловой смеси растворенным кислородом осуществляется с помощью поверхностных турбоаэраторов компании KWI или донных аэраторов. Применение названных аэрационных систем позволяет отказаться от многочисленных фильтросов и подводящих трубопроводов. А при применении поверхностных турбоаэраторов – и от воздуходувок.
В настоящее время компания KWI поставляет для аэробной биологической очистки производственных и коммунальных сточных вод:
– биореакторы периодического и непрерывного действия с поверхностными турбоаэраторами или с донными гиперболическими мешалками;
– биореакторы непрерывного действия с прикрепленной микрофлорой на подвижной пластмассовой загрузке;
– биофильтры с неподвижной пластмассовой и керамзитовой загрузкой;
– турбоаэраторы на плавающих и стационарных платформах;
– гиперболоидные мешалки с системой мелкопузырчатой аэрации;
– декантерные системы для отбора осветленной воды из однорезервуарных биореакторов периодического действия;
– интеллектуальные системы управления процессами биологической очистки сточных вод
Выбор биореактора производится с учетом местных условий: концентрации загрязняющих веществ, требований к степени очистки, имеющихся свободных площадей и т.п.
Биореактора периодического действия, как правило, применяются на очистных станциях производительностью от 50 до 50000 м3/сутки. Например, на очистной станции г.Байкальска производительностью 12000 м3/сутки успешно работают 6 биореакторов компании KWI.
При периодической очистке процессы загрузки, биоокисления органики, нитрификации, денитрификации, дефосфотации, отстаивания, декантации, удаления избыточного ила и активации остающегося активного ила производятся в одном резервуаре. Перемешивание и насыщение воды растворенным кислородом выполняется поверхностными турбоаэраторами BSK, либо гиперболоидными мешалками «Гипер-классик» с подводом воздуха от автономной воздуходувки.
Технологические процессы регулируются путем изменения частоты вращения перемешивающего устройства, концентрациями активного ила и растворенного кислорода, временем обработки.
Рабочий цикл биореактора может составлять 8, 12, 16 и 24 часа. Очищенная вода содержит:
– взвешенных веществ не более 10 г/м3,
– БПКполн – не более 5 г О2/м3,
– азота аммонийного – 0,4 г/м3,
– азота нитратов – 5 г/м3,
– фосфора фосфатов – 0,5 г/м3.
Основные достоинства биореакторов периодического действия:
– нечувствительность к резким колебаниям расхода и концентрации загрязняющих веществ;
– простота обслуживания;
– небольшая занимаемая площадь;
– отсутствие перекачек и рециклов;
– высокая эффективность очистки без применения химикатов.
Биореактора периодического действия экономичны в эксплуатации, так как технологические процессы в них осуществляются без перекачек и рециклов. Расход электроэнергии на 1 м3 очищаемых сточных вод составляет от 0,15 до 0,35 кВт.
По геометрической форме биореактора периодического действия могут быть круглыми, квадратными или прямоугольными. Предпочтение отдается биореакторам квадратной формы. Размеры одного биореактора от 6×6 м до 24×24 м. Количество реакторов определяется технологическим расчетом и местными условиями и может быть, в принципе, любым. Для удобства управления работой биореакторов предпочтительно их четное количество. Глубина биореакторов от 4,5 до 7,0 м. Размещение на рабочей площадке заглубленное или полузаглубленное.
Каждый биореактор снабжен одним турбоаэратором типа BSK. Компания KWI поставляет 6 типоразмеров аэраторов производительностью по растворенному кислороду от 5 до 280 кг О2/час.
Мощность двигателей от 5,5 до 110 кВт. Частота вращения рабочих роторов переменная, что позволяет чередовать в биореакторе периоды интенсивной аэрации с периодами перемешивания, когда происходят преимущественно процессы денитрификации и дефосфации.
Управление процессами биоокисления ведется с помощью кислородомера, который, в соответствии с заданной программой расходования кислорода, дает команду на увеличение, либо уменьшение частоты вращения турбоаэратора.
Биореактор непрерывного действия по технологии компании KWI «Биофлот» наиболее целесообразно использовать на крупных и средних очистных станциях с высокими концентрациями загрязняющих веществ.
Технология «Биофлот» многоступенчатая. Она предполагает:
– использование усреднителей-биосорберов в качестве первой ступени очистки, при которой значительная часть загрязняющих веществ (до 25-30%) сорбируется и частично окисляется на избыточном активном иле;
– включение в технологическую схему флотатора MCV колонного типа, что позволяет на 90 % вывести взвешенные вещества, включая избыточный ил с сорбированными на нем загрязнениями, на 35-40% (а в определенных условиях и до 70%) изъять загрязнения, определяемые показателями БПК и ХПК и обеспечить последующее самотечное движение очищаемой воды;
– многозонную биологическую очистку с зонами низких и высоких концентраций растворенного кислорода, что позволяет весьма эффективно проводить окисление органики, нитри- и денитрификацию соединений азота и дефосфотацию фосфорных солей при высоких концентрациях беззольного вещества биомассы;
– флотационное илоразделение, что позволяет повысить концентрацию возвратного ила до 30 – 40 кг/м3 (3-4% сухого вещества биомассы), снизить объем рециклового активного ила до 15-20%, сохранить активность ила, так как время илоразделения составляет 10-15 минут.
Эффективность очистки по технологии «Биофлот» составляет по показателю БПК не менее 95%, по ХПК не менее 90%. Доочистка стоков до нормативных показателей осуществляется на флотофильтрах или самопромывных фильтрах с противоточным движением фильтрующего слоя песка и очищаемой воды.
При повышенном содержании трудно окисляемых веществ, компания KWI рекомендует двухступенчатую биологическую очистку с использованием биореакторов с прикрепленной микрофлорой. Эти биореактора применяются, как правило, на первой ступени.
Биохимические процессы в биореакторах с прикрепленной микрофлорой протекают с очень высокой эффективностью, так как концентрация беззольного вещества биомассы на поверхности инертного носителя может достигать 40 кг/м3, концентрация растворенного кислорода теоретических значений, а нагрузка на ил превышать значения 600 г БПК на 1 кг биомассы в сутки, что позволяет резко сократить объемы аппаратов, строительно-монтажных работ и существенно уменьшить производственную площадь очистных сооружений.
В качестве подложки для прикрепленной биомассы могут быть использованы пластмассовые изделия различной конфигурации, керамзит, искусственные «водоросли» и т.п. При выборе носителя биомассы следует учитывать, что лимитирующим фактором процессов биоокисления является диффузия кислорода к внутренним слоям биопленки.
Движение очищаемой воды и воздуха в биореакторе снизу вверх. Время пребывания в зависимости от степени загрязненности очищаемой воды колеблется в пределах 30-90 минут, редко – до 120 минут. Эффективность очистки по БПК до 70%, по ХПК до 80%. Доочистка стоков осуществляется в биореакторах второй ступени.
Разновидностью биореакторов с прикрепленной микрофлорой являются биофильтры «Оксипор» с искусственной подачей воздуха в верхнюю часть слоя для биоокисления органики на керамзитовых гранулах диаметром 5-10 мм. Нижняя часть слоя выполняет функцию денитрификатора и фильтра грубой очистки.
В большинстве биореакторов компании KWI со свободно плавающим активным илом основным инструментом, обеспечивающим высокую эффективность биологической очистки, являются поверхностные механические турбоаэраторы BSK на плавающей или стационарной платформах.
Турбоаэраторы компании KWI гарантируют подвод кислорода от 2,7 до 3,4 кг О2/кВт ч.
Обеспечивается низкое потребление электроэнергии от 0,15 до 0,35 кВт/м3. В зависимости от типоразмера турбоаэраторы могут обеспечить подачу кислорода в биореактор от 5 до 280 кг О2/час.
Работая в постоянном режиме, турбоаэраторы обеспечивают постоянное поступление заданного количества кислорода. Турбоаэраторы могут работать в переменном режиме, что обеспечивает ведение процесса биологической либо с постоянной концентрацией растворенного кислорода в биореакторе, либо по заданной программе менять количество растворенного кислорода. Процесс ведется автоматически по датчику растворенного кислорода. Работая в режиме только перемешивания с минимальной подачей кислорода, турбоаэраторы могут поддерживать в биореакторе аноксидные условия. Использование переменных скоростей в турбоаэраторах позволяет регулировать степень очистки и прирост активного ила, создавая аэрируемые и неаэрируемые периоды на определенных фазах работы биореактора.
