2.2.Биологическая очистка

Биологическая очистка сточных вод происходит в результате жизнедеятельности микроорганизмов активного ила. Сточная вода непрерывно перемешивается и аэрируется до насыщения кислородом воздуха. Активный ил представляет собой суспензию микроорганизмов, способную к флокуляции.

Сооружения для биологической очистки сточных вод могут быть разделены на два основных типа:

1. Сооружения, в которых очистка происходит в условиях, близких к естественным.

2. Сооружения, в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях.

Для очистки производственных сточных вод применяются в основном сооружения с искусственными условиями.

Методы биоокисления в искусственных условиях осуществляются в двух основных модификациях:

• с микроорганизмами, плавающими в воде;

• с микроорганизмами, прикрепленными к материалу загрузки.

Первый вариант метаболизма в аэробных условиях заключается в создании в резервуаре со сточной водой взвешенного слоя хлопьев ила, называемого активным, через который протекает сточная вода. Эти сооружения называются аэротенками.

Второй способ реализуется в сооружениях, называемых биологическими фильтрами. В биофильтрах сточная вода фильтруется через крупнозернистый материал, покрытый биопленкой, образованной колониями микроорганизмов.

При биологической очистке сточных вод протекают два процесса – сорбция загрязнений активным илом и их внутриклеточное окисление микроорганизмами. Скорость сорбции значительно превышает скорость биоокисления, поэтому после окончания процесса сорбции и достижения требуемого эффекта очистки по БПК отделившийся в отстойнике ил направляют в регенератор (секцию аэротенка) в целях биоокисления остаточных загрязнений сточных вод.

Регенератор ила предусматривают при БПК_полн поступающей в аэротенк сточной воды более 150 мг/л или при меньшей БПК, когда сточные воды содержат вредные производственные примеси.

2.2.1.Аэротенки

Аэротенки применяются для полной (БПК  20 мг/л) и неполной (БПК  20 мг/л) биологической очистки производственных и бытовых сточных вод.

Аэротенки должны состоять не менее чем из двух секций; их емкость следует определять по среднечасовому притоку в течение суток, если коэффициент неравномерности поступления сточной воды не превышает 1,2; при большем коэффициенте – по среднечасовому поступлению сточной воды в аэротенки за время аэрации в часы максимального притока.

Концентрация взвешенных веществ в осветленных сточных водах, подаваемых в аэротенки на полную биологическую очистку, не должна превышать 150 мг/л.

Для полной очистки стоков аэротенки проектируются без регенерации активного ила и с регенерацией. Регенерацию надлежит предусматривать:

• при БПК поступающей в аэротенк сточной воды более 150 мг/л;

• при наличии в воде вредных производственных примесей.

Аэротенки имеют ряд модификаций, их применяют в широком диапазоне производительностей и концентраций загрязнений сточных вод.

В зависимости от способа ввода сточных вод и активного ила, метода аэрации различают следующие типы аэротенков:

1. Аэротенки-вытеснители имеют сосредоточенный впуск исходной воды и циркуляционного ила в начале сооружения и отвод иловой смеси в конце его. Повышенная концентрация загрязнений в начале сооружения обеспечивает увеличение скорости их окисления, что несколько сокращает общий период аэрации, но изменение состава воды по длине аэротенка затрудняет адаптацию ила и снижает его активность. Аэротенки-вытеснители применяются для очистки сточных вод с концентрацией БПК до 500 мг/л.

2. Аэротенки-смесители. Характеризуются равномерной подачей по длине сооружения исходной воды и активного ила и равномерным отводом иловой смеси. Полное смешение в них сточных вод с иловой смесью обеспечивает выравнивание концентраций ила и скоростей процесса биохимического окисления, поэтому аэротенки-смесители более приспособлены для очистки концентрированных производных сточных вод. Применяются при концентрациях БПК в сточной воде до 1000 мг/л.

3. Аэротенки с рассредоточенным впуском воды занимают промежуточное положение между смесителями и вытеснителями. Они применяются при концентрациях БПК в сточной воде свыше 1000 мг/л.

4. Аэротенки-отстойники. Рекомендуется применять на станциях биологической очистки небольшой производительности.

Наибольшее распространение для очистки производственных сточных вод (по диапазону концентраций БПК) имеют аэротенки-смесители, как правило, с регенерацией. Технологической особенностью аэротенка-смесителя является рассредоточенная подача очищаемой воды и активного ила, что обеспечивает моментальное перемешивание сточных вод и активного ила, поддерживает постоянными состав иловой смеси и скорость процесса окисления во всем объеме аэротенка (рис. 11).

Рис. 11. Схема 3-коридорного аэротенка-смесителя:

1 – канал осветленной воды; 2 – канал вторичных отстойников; 3 – распределительный лоток; 4 – выпуски воды; 5 – фильтросные каналы; 6 – подача активного ила; 7 – воздухопровод; I, II, III – коридоры

Расчет биологической очистки

.Расчет аэротенков-смесителей

1. Продолжительность аэрации смеси сточной воды и циркулирующего ила в собственно аэротенке, ч,

,

где а_А – доза ила в аэротенке (для аэротенков-смесителей рекомендуется принимать равной 1,5 г/л); L_a – БПК исходной воды, мг/л; L_ – БПК очищенной воды, мг/л.

2. Количество циркулирующего ила в долях от расчетного притока сточных вод

,

где а_р – доза ила в регенераторе (для аэротенков-смесителей рекомендуется принимать равной 4 г/л).

3. Продолжительность окисления снятых загрязнений, ч,

,

где S – зольность ила (для аэротенков принимается равной 0,3);  – средняя скорость окисления загрязнений, мг БПК на 1 г беззольного вещества за 1 ч (для производственных сточных вод определяется экспериментально, в первом приближении можно принять по табл. 5).

4. Продолжительность регенерации циркулирующего ила, ч,

.

5. Расчетная продолжительность обработки воды, ч,

.

6. Объем собственно аэротенка, м³,

,

где Q – расчетный расход сточных вод, м³/ч.

7. Объем регенератора, м³,

.

8. Общий объем аэротенка с регенератором, м³,

.

9. Средняя доза активного ила в системе

.

10. Расчетное время обработки воды при средней дозе активного ила, ч,

.

11. Подбираем номер типового проекта ТП (табл. П10): Н_р, В, n_сек.

12. Длина аэротенка:

.

13. Прирост ила, мг/л,

.

14. Возраст ила, сут,

.

15. Нагрузка на ил, мг/г(без)·сут,

.

Таблица 5. Средняя скорость окисления загрязнений в сточных водах

БПК сточной воды, поступающей в аэротенк	Средняя скорость окисления в мг БПК на 1 г беззольного вещества ила в 1 ч в зависимости от БПК очищенных сточных вод Z, мг/л
	15	20		25	30	40	50
Аэротенки без регенератора при а  1,8 г/л
100	20		22	24	27	35	47
200	22		24	28	32	42	57
Аэротенки без регенераторов при а  1,8 г/л и с регенераторами
150	18		21	23	26	33	45
200	20		23	26	29	37	50
300	22		26	30	34	44	60
400	23		28	33	38	53	73
500	24		29	35	41	58	82

Расход воздуха

1. Удельный расход воздуха, м³(воз)/м³(ст.вод),

,

где z – удельный расход кислорода на 1 мг снятой БПК (для полной очистки принимается равным 1,1 мг/мг, для неполной – 0,9 мг/мг); К₁ – коэффициент, учитывающий тип аэратора: для мелкопузырчатых аэраторов (фильтросных пластин и пористых керамических труб) принимается в зависимости от отношения площади аэрируемой зоны к площади аэротенка – f/F (табл. 6); К₂ – коэффициент, зависящий от глубины погружения аэратора, принимается по табл. 7; n₁ – коэффициент, учитывающий температуру сточных вод: n₁ = 1 + 0,02(t_ср – 20); t_ср – среднемесячная температура воды за летний период, °С; n₂ – коэффициент, учитывающий отношение скорости переноса кислорода в иловой смеси к скорости переноса его в чистой воде, принимается в зависимости от f/F (табл. 6).

;

–растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л,

–растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л, в зависимости от температуры; h – глубина погружения аэратора, м; С – средняя концентрация кислорода в аэротенке, мг/л, принимается равной 2.

Таблица 6. Значения коэффициентов К₁ и n₂ и максимальной интенсивности аэрации

f/F	К1	Imax, м^3/м^2·ч	n2
0,05	1,34	5	0,59
0,1	1,47	10	0,59
0,2	1,68	20	0,64
0,3	1,89	30	0,66
0,4	1,94	40	0,72
0,5	2,00	50	0,77
0,75	2,13	75	0,88
1,0	2,30	100	0,99

2. Интенсивность аэрации, м³/(м²·ч),

I_min.

Если вычисленная интенсивность аэрации будет меньше минимальной, то принимаем I = I_min и пересчитываем удельный расход воздуха:

.

Таблица 7. Значения коэффициента К₂ и минимальной интенсивности аэрации

h, м	К2	Imin, м^3/(м^2·ч)
0,5	0,4	48
0,6	0,46	42
0,7	0,6	38
0,8	0,8	22
0,9	0,9	28
1	1	24
3	2,08	4
4	2,52	3,4
5	2,92	3,0
6	3,3	2,5

1. Часовой расход воздуха, м³/ч, считая на максимальный часовой приток сточных вод,

Q_в = Д·Q_max.ч.

4. Подбирается типовой проект воздуховодных станций (табл. П10).