Сооружения биологической очистки в искусственных условиях

Основными условиями нормальной работы биофильтров и аэрофильтров являются: соответствие нагрузок по органическим загрязнениям проницаемости (вентиляции) воздухом массы загрузочного материала, равномерность распределения очищаемой сточной воды по поверхности и в массе загрузочного материала.

Загрузочный материал должен быть [34]:

• 1) прочным (механическая прочность кусков загрузочного материала не менее 1 кгс/см²);
• 2) морозоустойчивым (выдерживать не менее 10 циклов испытаний);
• 3) щелочеустойчивым, т.е. выдерживать не менее чем 5-крат-ную пропитку насыщенным раствором сернокислого натрия;
• 4) кислотоустойчивым, т.е. выдерживать кипячение в течение 1 ч в 5%-ном растворе соляной кислоты, количество которой по массе должно быть в 3 раза больше количества испытуемого материала.

Материал считается пригодным, если после всех указанных испытаний он не получил заметных повреждений и масса его не уменьшилась более чем на 10% первоначальной.

В реактивных оросителях плечо оросителя должно быть расположено выше поверхности загрузочного материала на 0,2 м, а напор воды для работы оросителя должен составлять не менее 0,5 м.

При спринклерной системе распределения воды по поверхности фильтра сточная вода из дозирующего бака периодически поступает в распределительную сеть спринклеров и разбрызгивается последними на поверхность загрузочного материала фильтра. Дозирующий бак оборудован специальным сифоном, который автоматически обеспечивает заданную периодичность излива воды. Объем дозирующего бака рассчитывают на максимальный приток сточных вод в течение 5—6 мин, а для небольших установок — до 15 мин.

Рис. 6.4. Спринклерные оросители высоконагружаемых биофильтров

Головки спринклеров устанавливают на одном уровне так, чтобы они находились на 0,15—0,2 м выше поверхности загрузочного материала (рис. 6.4). Трубопроводы распределительной системы зарастают биологической пленкой, в результате чего увеличиваются потери напора и снижается пропускная способность системы. В связи с этим системы трубопроводов нужно периодически промывать водой, содержащей 5—10 мг/л избыточного хлора. Однако если такая вода попадет на загрузочный материал, то погибнут микроорганизмы биопленки. Поэтому на распределительных трубах должны иметься самостоятельные спускные задвижки для вывода промывной воды за пределы фильтров.

Площадь окон в междонное пространство должна составлять не менее 1% площади фильтра, чтобы обеспечивалась естественная вентиляция.

Во время пускового периода биофильтров образование биологической пленки достигают постепенным увеличением нагрузки по загрязнениям, поступающим со сточной водой. Сначала сточную воду подают небольшими порциями, при этом суточный объем поданной на фильтр воды не должен превышать 10—20% объема фильтрующего материала. Расход сточной воды должен составлять 30—40% проектного расхода. Цикл орошения не должен составлять менее 50 мин, а интервалы между орошением не более 1 ч. Процесс ежедневно контролируют, производя анализы проб воды на содержание аммонийного азота и нитратов. Когда содержание нитратов в воде составит 50% азота аммонийных солей, нагрузку на биофильтр увеличивают и доводят постепенно до расчетной величины.

В теплое время года пусковой период длится 1 — 1,5 месяца в зависимости от местных условий. Решающее значение для правильной эксплуатации биофильтров имеет равномерность распределения воды между несколькими рабочими сооружениями, так как перегрузка какого-либо из них быстро приводит к его заилению.

В био- и аэрофильтрах избыточный ил состоит из биопленки, смываемой с загрузочного материала сооружений. Этот ил представляет собой смесь, состоящую из аэробных бактерий, отмерших тел микроорганизмов, продуктов их жизнедеятельности, мелких частиц загрузочного материала и выноса мельчайших взвешенных частиц, не задержанных первичными отстойниками.

При эксплуатации биофильтров персонал обязан:

• а) обеспечивать равномерное распределение сточной воды по площади фильтра;
• б) контролировать подачу воздуха при искусственной вентиляции и следить за правильной работой вентиляторов;
• в) регулярно осматривать и очищать водо- и воздухораспределительные устройства;
• г) обеспечивать своевременную промывку поддонного пространства и каналов;
• д) принимать меры к устранению образования на поверхности биофильтров заболоченных мест;
• е) поддерживать нормальную циркуляцию сточных вод (для высоконагружаемых биофильтров);
• ж) контролировать состояние загрузочного материала.

Температура подаваемой на биофильтры сточной воды должна

быть не менее 8°С, поэтому зимой в помещение биофильторов необходимо регулярно подавать теплый воздух.

В открытых биофильтрах перерывы в орошении зимой не должны быть более 2 ч.

При появлении на поверхности биофильтров мест застаивания жидкости следует:

• • немедленно разрыхлить загрузочный материал на заболоченном участке и промыть поверхность биофильтра чистой водой, удалив из поддонного пространства оседающие минеральные вещества, или снять верхний слой загрузочного материала и после этого промыть его. Промывку снятого загрузочного материала производят вне биофильтра;
• • снятый верхний слой загрузочного материала заменить све-жепромытым.

Промывку или замену верхнего слоя загрузки биофильтров осуществляют не реже 1 раза в 1,5—2 года, полную замену всей загрузки — один раз в 6—8 лет.

Для предотвращения размножения в загрузке мошек психоды выполняют одно из следующих мероприятий:

• а) затопление фильтра (если это позволяет его конструкция) каждые 10—15 дней;
• б) хлорирование поступающих сточных вод из расчета содержания остаточного хлора 3—5 мг/л;
• в) разбрызгивание раствора креозота по поверхности фильтра.

При эксплуатации аэротенков в режиме полной биологической

очистки персонал обязан:

• а) обеспечивать подачу в аэротенки заданных количеств сточных вод и воздуха;
• б) поддерживать заданную концентрацию растворенного кислорода, расчетную дозу активного ила и степень его рециркуляции, а также установленную проектом интенсивность аэрации;
• в) не допускать перерывов в подаче воздуха;
• г) контролировать состояние ила по его биоценозу и иловому индексу и своевременно принимать меры против вспухания активного ила;
• д) поддерживать в чистоте прилегающую территорию.
• е) вести надзор за бесперебойной работой механизмов, оборудования и измерительных устройств, принимая меры к устранению всех замеченных неисправностей.

Перед пуском в эксплуатацию до заполнения водой аэротенки тщательно осматривают и освобождают от посторонних предметов. Производят ревизию запорно-распределительной арматуры (щитовых затворов, задвижек трубопроводов опорожнения, на воздуходувках, на водовыбросных стояках и т.д.). В аэротенках с пневматической аэрацией аэраторы должны располагаться строго горизонтально (допускаемое отклонение не более ±3 мм).

Проверяют равномерность выхода воздуха через аэраторы, для чего поочередно заполняют испытуемые аэротенки (или каналы, где установлены аэраторы) водой (желательно чистой) и включают воздух, постепенно увеличивая его подачу. Уровень воды в аэротенке должен находиться на 0,2—0,3 м выше поверхности аэраторов. Сначала воздух подают при открытых задвижках на водовыбросных стояках, чтобы предотвратить разрушение аэрационной системы гидравлическими ударами воды, проникшей под аэраторы. Затем после прекращения выброса с воздухом мелких капель воды задвижки закрывают и визуально убеждаются в равномерности выхода пузырьков воздуха по всей площади аэраторов и в надежности заделки аэраторов в конструкции сооружения. При некачественной заделке фильтросных пластин в фильтрос-ные каналы возможен выход воздуха по периметру заделки или в стыках фильтросных пластин. В таких случаях в местах прорыва воздуха приходится счищать старую заделку цементного раствора и вновь перекладывать фильтросные пластины. Фильтросные пластины с трещинами заменяют новыми. В аэротенках с механическими аэраторами производят ревизию механизмов и их пробный пуск.

Только после окончания наладочных работ на аэротенках и вторичных отстойниках, когда уже включены системы циркуляции ила (насосы, эрлифты, трубопроводы) и воздуходувного хозяйства, можно приступать к работам по выращиванию аэробной микрофлоры — активного ила.

Активный ил аэротенков представляет собой суспензию, содержащую хлопья, образованные бактериями и простейшими совместно с мелкими частицами загрязнений сточных вод. Ил отличается от сырых осадков более высоким содержанием воды и отсутствием крупных частиц взвеси. Влажность активного ила до уплотнения 99,2—99,8%; после уплотнения 97—98%. По составу активный ил относится к мелкодисперсным суспензиям, состоящим на 98% по массе из частиц размером менее 1 мм. Суспензия активного ила имеет светло-серый или бурый цвет. Активный ил легко взмучивается и быстро оседает при отстаивании. Свежий активный ил почти не имеет запаха, но при отсутствии кислорода быстро загнивает и приобретает резкий, неприятный запах из-за наличия сероводорода.

Обычно активный ил выращивают в самом аэротенке в теплый период года. При этом сначала в течение 2—3 суток через аэротенк пропускают осветленную в первичном отстойнике сточную воду с расходом 40—50% расчетного значения, подвергая ее аэрации и добавляя в нее задержанные во вторичных отстойниках мелкие хлопья коагулируемой суспензии. Затем подачу воды в аэротенк прекращают, а его содержимое продолжают подвергать непрерывной аэрации, в результате которой происходит развитие микроорганизмов, образующих активный ил.

Для питания микроорганизмов каждый день в течение 2—3 ч в аэротенк добавляют осветленную сточную воду. Количество добавляемой воды можно подсчитать исходя из массы (дозы) ила в сооружении и концентрации органических веществ в поступающей сточной воде. Нагрузка на 1 г беззольного вещества ила по БПК 5 должна составлять 250—350 мг.

За процессом выращивания ила ведут контроль, в ходе которого следят за исчезновением в иле аммонийного азота и за появлением нитратов и растворимого кислорода. Каждую смену, или 2 раза в сутки, в стеклянную мерную посуду берут воду из аэротенка, дают ей отстояться 30 мин, а затем определяют объем осевшего на дно ила. Когда объем ила достигнет 25—30% объема набранной смеси и ил будет представлять однородную суспензию быстроосаждающихся хлопьев, можно начинать эксплуатацию аэротенка, постепенно доводя нагрузки до расчетных.

Сначала включают один аэротенк и один вторичный отстойник, в которые подают только часть расчетного расхода (10—20%) сточной воды (осветленной в первичных отстойниках и с концентрацией по БПКзне более 150 мг/л). Выпадающий во вторичном отстойнике ил непрерывно перекачивают в аэротенк, а по мере накопления ила и получения незагнивающей очищенной воды (о чем судят по появлению в ней нитритов и нитратов) ее количество доводят до расчетной величины. После образования избыточного количества ила его направляют последовательно на следующие вводимые в эксплуатацию аэротенки, где повторяется процесс наращивания ила до требуемого объема. При благоприятных условиях пусковой период заканчивается в течение 1 месяца. Для ускорения процесса можно воспользоваться активным илом из аэротенков любой действующей станции, а также прудовым или речным илом, не загрязненным нефтепродуктами. Перед загрузкой в аэротенк прудового или речного ила из последнего удаляют тяжелые минеральные примеси (гальку, песок), для чего ил взбалтывают в воде и после 5—10-минутного отстаивания сливают в аэротенк, где он аэрируется без очищаемой сточной воды в течение 12 ч. После такой подготовки ила в аэротенк подают сточную воду для очистки (сначала в небольшом количестве, а затем по мере накопления активного ила нагрузку доводят до расчетной).

Для очистки большинства городских сточных вод концентрация активного ила в аэротенке должна составлять 1,5—2,5 г/л, однако, если вторичные отстойники удовлетворительно работают при больших дозах, концентрация ила может быть увеличена при условии сохранения нормальных нагрузок на него.

В нормально работающем активном иле кроме хлопьев зо-оглейных скоплений бактерий имеется большое количество простейших организмов (инфузорий), а также встречаются коловратки и черви. При нарушении нормальных условий работы аэротенка в иле развиваются нитчатые бактерии (ЗрИаегоШш, СШоМпх), ветвистая зооглея (Zoogloea, гат^ега), водные грибы и др. Эти формы вызывают вспухание активного ила (резко возрастает иловый индекс), он плохо оседает во вторичном отстойнике и выносится с очищенной водой.

Неравномерное распределение воздуха в аэротенке может быть результатом неправильной установки аэраторов (на разных уровнях), когда основная масса воздуха выходит из наиболее высоко расположенных аэраторов. Устранить этот недостаток можно увеличением сопротивления высоко расположенных аэраторов.

Часто нарушается плотность заделки и в местах присоединений воздушных стояков к фильтросным каналам. При большой длине стояков даже незначительные их смещения наверху нарушают герметичность соединений в месте заделки в фильтросный канал. Чтобы этого не произошло, рекомендуется около заделки трубы в бетонную тумбу фильтросного канала устанавливать на стояках линзовые компенсаторы.

Нарушение заделки стыков фильтросных пластин и вырывы их могут произойти из-за внезапной подачи воздуха (рис. 6.5). Находящаяся в подфильтросном пространстве вода приходит в движение, образуя гидравлический удар, который может нарушить плотность заделки крепления и даже целостность керамических фильтросных пластин.

Поэтому воздух в аэротенки следует подавать постепенно. При этом сначала открывают вентили и задвижки на водовыбросных стояках, затем приоткрывают (на 2—3 оборота) задвижку на воздушном стояке, чтобы давлением воздуха вытеснить воду в водовыбросные стояки. Пока не прекратится выброс воды, нельзя увеличивать подачу воздуха.

Нижний конец водовыбросного стояка должен быть расположен на уровне (или несколько ниже) дна фильтросного канала, чтобы вода в нем не задерживалась. После полного выхода воды из водовыбросных труб вентили на них закрывают и постепенно в течение 4—6 ч увеличивают подачу воздуха в фильтросные каналы, доводя ее до расчетной. В процессе эксплуатации фильтросные пластины засоряются, уменьшается их проницаемость и увеличиваются потери давления, что приводит одновременно к увеличению расхода электроэнергии и снижению произво-

Рис. 6.5. Аэротенк с дисковыми аэраторами (распределительный

воздухопровод аэраторов разрушен)

дительности воздуходувок. Содержание пыли в воздухе, подаваемом в систему аэраторов, не должно превышать 0,05 мг/м³. Засоренные фильтросные пластины чистят металлическими щетками и промывают раствором 20—30%-ной ингибированной соляной кислоты. Положительные результаты дает также очистка металлическими щетками под небольшим (4—6 см) слоем воды с одновременным продуванием пластин воздухом. Оптимальный срок эксплуатации керамических фильтросных пластин примерно 5—7 лет. Допустимые потери в мелкопористых аэраторах не должны превышать 0,7—1 м.

Перед установкой заменяемые фильтросные пластины нужно подбирать по проницаемости и сопротивлению. Пластины с одинаковыми характеристиками устанавливают в один воздушный стояк.

Отверстия перфорированных труб, применяемых в качестве аэраторов, закупориваются биологическими обрастаниями, поэтому их также нужно периодически очищать. При установке таких труб на место проверяют горизонтальность их размещения.

Объем возвратного ила определяют по формуле

С,0 с₂ -С,

где С — доза активного ила в аэротенке, г/м³; 0 — объем очищаемой воды, м³/ч; С₂ — концентрация возвратного ила по сухому веществу, г/м³.

Количество возвратного ила, как правило, составляет 30—50% объема очищаемой воды.

Концентрацию активного ила в аэротенке регулируют, увеличивая или уменьшая количество выводимого из системы активного ила. Избыточное количество ила устанавливают опытным путем в процессе эксплуатации по состоянию ила и скорости протекания процесса.

Для работы аэротенков важно, чтобы в смеси воды и ила содержалось достаточное количество растворенного кислорода. Концентрация растворенного кислорода перед выходом смеси из аэротенка должна составлять не менее 2—4 мг/л.

Биологический контроль за биоценозом активного ила помогает эксплуатационному персоналу управлять технологическим процессом биохимической очистки в аэротенках. Наличие в активном иле отдельных мелких хлопьев свидетельствует об ухудшении работы аэротенка.

При длительном снижении нагрузки на аэротенки, например летом, когда концентрация загрязнений в сточных водах обычно снижается, а скорость окислительных процессов увеличивается, одну или несколько секций аэротенков выключают из работы (обычно этот период используется для ремонта аэротенков). Если этого не сделать, количество ила в аэротенке, а следовательно, и окислительная мощность будут уменьшаться и расход воздуха будет неоправданно велик.

При эксплуатации вторичных отстойников персонал обязан:

• а) обеспечивать заданный режим отстаивания;
• б) обеспечивать заданный режим выпуска активного ила;
• в) не допускать образования залежей и уплотнения активного ила в отстойниках;
• г) своевременно удалять с поверхности отстойников плавающую пленку или пену.

В процессе эксплуатации вторичных отстойников обслуживающий персонал должен систематически контролировать уровень стояния активного ила в отстойниках и не допускать его превышения над оптимальными значениями, после которых возникает повышенный его вынос. Для контроля за уровнем стояния ила вторичные отстойники оснащают стационарными контрольными эрлифтами или датчиками с фотоэлементами, устанавливаемыми на максимальных и минимальных контрольных уровнях стояния ила. Из опыта московских станций аэрации слой ила во вторичных отстойниках не должен быть более 0,5—0,75 м (последнее значение относится к зимнему периоду).

Вынос активного ила и биопленки (взвешенных веществ) с водой из вторичных отстойников можно рассчитать по формуле [35]

С/ — //; + ,

т

где С, — вынос взвешенных веществ из вторичных отстойников, мг/л; Т — время отстаивания, ч; Ь,— БПКз отстоенной воды.

Илоуплотнители стабильнее работают, если в них направляют избыточный ил не после вторичных отстойников, а после регенераторов. В таком иле содержится большое количество кислорода, и он дольше не подвергается анаэробным процессам.

Выпуск уплотненного ила лучше организовать непрерывным, но иногда, при хорошем состоянии ила, возможен и периодический режим выпуска (2—3 раза в сутки). Содержание взвешенных веществ в сливной воде при нормальной работе илоуплотнителей зависит от концентрации смеси, поступающей на них. При поступлении возвратного ила вынос достигает 100 мг/л, поэтому сливную воду из илоуплотнителей следует возвращать обратно в аэротенки или в первичные отстойники, а не направлять ее в сток очищенной воды.

Уровень стояния ила в илоуплотнителях должен поддерживаться на глубине не менее 1 м от зеркала воды в сооружении.

В течение года влажность уплотненного ила неодинакова, изменяется и его объем. При больших объемах ила, имеющего в этот период высокие значения илового индекса, степень уплотнения его ухудшается и с трудом достигается влажность 98%.

Для интенсификации работы илоуплотнителя применяют перемешивающее устройство, которое легко смонтировать (из труб) на системе подвесок илоскребов или илососов. При передвижении в толще ила перемешивающего устройства за ними создастся небольшая разреженная зона, в которую устремляется вода, чем достигается лучшее уплотнение и обезвоживание ила. Общий объем уплотненного таким способом ила можно уменьшить примерно на 10%.