1.1. Сооружения биологической очистки сточных вод в искусственно созданных условиях

Методы биоокисления в искусственных условиях осуществляются в двух модификациях – с микроорганизмами, прикреплёнными к материалу загрузки фильтра (биофильтры) или свободно плавающими в обрабатываемой воде (аэротенки).

Качественный и количественный состав микронаселения ила и плёнки зависит от многих факторов: состава обрабатываемой воды, массы загрязнений, приходящихся на единицу массы ила в единицу времени, доступа кислорода, гидродинамического режима в сооружении и т.д. Чем больше различных органических соединений в стоках, тем разнообразнее биоценоз ила. В биоплёнке относительно высокий процент анаэробной микрофлоры.

Микронаселение ила служит индикатором процесса очистки. В нормально работающем иле обычно наблюдается большое разнообразие простейших, и нет количественного преобладания какого-либо одного из видов, все организмы подвижны, находятся в оживлённом состоянии; ил хорошо флоккулирует и легко оседает. При недостатке питания наблюдается измельчение простейших, они становятся прозрачными; сначала видоизменяются инфузории, а затем и коловратки. Вода над илом имеет мелкую, плохо оседающую муть. Ил с избытком питания мало разнообразен по видам, количественно преобладает один из видов. В большом количестве развиваются нитчатые бактерии. Число организмов в 1 мл изменяется от единиц до нескольких сотен тысяч. Ориентировочно:

«мало» организмов ‑ 1-10 тыс. шт./мл;

«нормально» ‑ 10-100 тыс.;

«много» ‑ более 100 тыс. шт./мл.

Чаще всего биологическая очистка состоит из двух сооружений: аэротенков или биофильтров для контакта активного ила с очищаемой сточной водой и отстойных сооружений – для отделения активного ила от очищенной сточной воды.

Тип сооружений принимают при проектировании в зависимости от концентраций исходного и конечного БПК_полн, поступающегося на биологическую очистку.

1.2. Биофильтры

Биофильтры – это сооружения, в которых сточная жидкость фильтруется через крупнозернистый материал, покрытый биологической плёнкой. Биологические плёнки представляют собой колонии аэробных микроорганизмов. Микробиальный состав меняется по высоте сооружения, что соответствует постепенному снижению нагрузки по загрязнениям в направлении фильтрации и нарастанию растворённого кислорода в очищенной воде.

Сущность биологического процесса заключается в протекании загрязнённой сточной воды через слой фильтрующей загрузки. Сточная жидкость омывает тонким слоем поверхность фильтрующего материала. В результате из сточной жидкости извлекаются как нерастворимые, так и растворимые органические вещества. Происходит процесс поглощения биологической плёнкой (аэробными микроорганизмами) органических веществ, которые в слое фильтрующей загрузки подвергаются окислению.

В результате жизнедеятельности аэробных микробов происходит процесс минерализации органических веществ. Отработанная и отмершая биоплёнка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.

Биофильтр состоит из следующих элементов:

1. фильтрующей загрузки, помещённой в резервуар с водонепроницаемыми или водопроницаемыми стенками;

2. водораспределительного устройства;

3. дренажного устройства;

4. воздухораспределительного устройства.

Число секций или биофильтров принимают чётным, не менее двух и не более восьми. Все секции рабочие.

По режиму работы биофильтры делятся на 2 группы:

1. периодического действия, вследствие высокой истираемости и малой прочности почти не применяются;

2. непрерывного действия, которые, в свою очередь, подразделяются в зависимости от производительности на 1 м³ загрузки и по конструктивным особенностям материала на такие типы:

с объёмной загрузкой:

а) капельные биофильтры устраивают с естественной аэрацией. Для этого предусматривают по периметру в пределах междонного пространства окна с устройствами, позволяющими закрывать их наглухо. Площадь окон должна составлять 1 – 5 % площади фильтра [1, п. 6.120]. Пропускная способность - до 1000 м³/сут., L_ex=10 – 15 мг/л; крупность фракций загрузочного материала 20 – 30 мм, материал – щебень, галька прочных горных пород, керамзит, а также пластмассы, способные выдерживать температуры от 6 до 30 С, высота слоя загрузки 1 – 2 м, нижний поддерживающий слой высотой 0,2 м с крупностью 70 – 100 мм;

б) высоконагружаемые биофильтры, L_ex=15 – 30 мг/л, гидравлическая нагрузка 10 – 30 м³/(м²сут.), крупность загрузочного материала 40 – 60 мм, высота слоя загрузки 2 – 4 м, допустима производительность до 30 тыс. м³/сут.;

в) башенные биофильтры – большой высоты. Производительность до 50 тыс. м³/сут.; L_ex=20 – 25 мг/л), крупность загрузочного материала 60 – 80 мм, высота слоя загрузки 8 – 16 м;

с плоской загрузкой:

БПК_полн. очищенной воды принимается 15 – 30 мг/л. Крупность загрузочного материала 40 – 60 мм и высота слоя загрузки 2 – 4 м.

г) биофильтры с жёсткой загрузкой в виде колец, обрезков труб и других элементов для производительности до 10 тыс. м³/сут. В качестве загрузки могут быть использованы керамические, пластмассовые и металлические засыпные элементы. Плотность загрузки _загр.=100 – 600 кг/м³, пористость 70 – 90 %, высота слоя загрузки 1-6 м;

д) биофильтры с жёсткой загрузкой в виде решёток или блоков, собранных из чередующихся плоских и гофрированных листов для производительности до 50 тыс. м³/сут. Блочные загрузки могут выполняться из различных видов пластмасс. Плотность пластмассовой загрузки 40 – 100 кг/м³, пористость 90 – 97 %, высота слоя загрузки 2 – 16 м. Плотность асбестоцементной загрузки 200 – 250 кг/м³, пористость 80 – 90 %, высота слоя загрузки 2 – 6 м;

е) биофильтры с мягкой или рулонной загрузкой. Материалы (пластмасса, синтетические ткани) крепятся на каркас или укладываются в рулоны. Плотность такой загрузки 5 – 60 кг/м³, пористость 94 – 99 %, высота слоя загрузки 3 – 8 м.

Биофильтры проектируют в виде резервуаров со сплошными стенками и двойным дном: нижним – сплошным, верхним – решётчатым (колосниковая решётка) для поддержки загрузки. Высоту междонного пространства не менее 0,6 м, уклон нижнего днища к сборным лоткам – не менее 0,01; продольный уклон сборных лотков – не менее 0,005.

Биологические фильтры для очистки производственных сточных вод допускается принимать как основные при одноступенчатой схеме очистки или в качестве сооружений первой или второй ступени при 2-ступенчатой схеме биологической очистки.

Размещать биофильтры целесообразно для обеспечения наилучших условий эксплуатации в отапливаемых помещениях.