Биологическая очистка сточных вод в биореакторах периодического действия

Для сравнения, объем аэротенка–смесителя с объемом вторичного отстойника при равных условиях, но при необходимости рециркуляции активного ила, составил бы не менее 3200м³. И ещё требуются первичные отстойники.

Удельный суточный расход растворенного кислорода  на биоокисление можно рассчитать по модифицированному уравнению Эккенфельдера - О́́′Коннора:   

G_OKS=a×∆БПК +в×∆ХПК +с×М +d×∆NH₄⁺ -e×∆N, кг О₂/сут  

∆БПК,∆ХПК,∆NH₄⁺ – разность показателей содержания БПК,ХПК и NН₄⁺ на входе и                                                                   выходе биореактора, кг/сут;

∆N                           – разность показателей содержания общего азота             (аммонийного, нитритного, нитратного и органического) на входе и выходе биореактора, кг/сут;

М=V×a_i                    – масса активного ила в биореакторе;

V                             – объем биореактора, м³; a_i – доза ила в биореакторе, кг/м³;

а=0,5-0,9                – коэффициент удельного расхода растворенного кислорода на окисление органических  продуктов, кг О₂/кг БПК; меньшее значение принимаются для окисленных форм органики (спирты, кислоты и т.п.), большие значения – для парафиновых и ароматических углеводородов;

в=0,1                       – коэффициент удельного расхода растворенного кислорода на химическое окисление преимущественно минеральных веществ, кг О₂/кг ХПК;

с=0,05-0,2                – коэффициент удельного расхода кислорода на аэробное дыхание микроорганизмов активного ила, кг О₂/кг ила;

d=4,6                        – коэффициент молярного расхода кислорода на окисление аммоний-ионов, кг О₂/кг;

е=2,85                     – коэффициент расхода кислорода, содержащегося в нитрат-NO₃ и нитрит-NO₂ – анионов, на окисление органических продуктов, кг О₂/кг общего азота.             

 В биореакторах – SBR, аэрация иловой смеси может производиться с помощью поверхностных механических турбоаэраторов (фото 2) или компрессионной мелкопузырчатой аэрации с одновременным перемешиванием придонной гиперболической мешалкой (фото 3). Выбор метода аэрирования иловой смеси определяется при проектировании с учетом конкретных условий: характер стоков, содержание в них жиров и нефтепродуктов, склонность к пенообразованию и т.п.

В настоящее  время наша компания выпускают несколько  типов поверхностных аэраторов. Но наибольшее распространение получили механические турбоаэраторы BSK.    Компания выпускается 6 типоразмеров, характеристики которых приведены в табл. 2. 

Таблица 2

 

 

Для биореакторов – SBR, турбоаэраторы BSK выпускаются на плавающих платформах. Для аэротенков и биореакторов непрерывного действия – на стационарных опорах. Пример установки турбоаэратора на стационарной платформе показан на фото 3 и рис.6.

В отличие от турбоаэраторов, требующих определенной круглой или квадратной формы биореактора, что не всегда удобно, гиперболические мешалки допускают прямоугольную форму ванны с отношением длины к ширине L:В≤2. В настоящее время выпускается 7 типоразмеров гиперболических мешалок. Их характеристики приведены в табл.3.

Таблица 3

 
 

Подвод воздуха  к гиперболическим мешалкам обеспечивается кольцевым аэратором, размещаемым   на дне SBR. При осуществлении стадии денитрификации воздух в SBR не подается, осуществляется только перемешивание. 

Как правило, концентрация загрязняющих веществ в очищенной  воде составляет по БПК_полн 3-5 г О₂/м³, по взвешенным веществам 8-12 г/м³, по азоту аммонийному 0,5-0,8 г/м³, по нитратам и нитритам 6-8 г/м³, по ортофосфатам 1-1,5 г/м³. Если необходима более глубокая очистка сточных вод, то ее целесообразно осуществлять либо в биологических прудах, либо на самопромывных фильтрах с песчаной загрузкой (фото 5). В нашей практике наиболее эффективными оказались биологические пруды на одни сутки пребывания в них дочищаемых стоков. Эти пруды требуют свободных площадей, но снижают эксплуатационные затраты.   

Примеры внедрения биореакторов периодического действия  

1. Очистные  сооружения фабрики  по производству йогуртов  «Кампина». (фото 6)

Стоки фабрики  отличаются неравномерным поступлением – коэффициент неравномерности  достигает - 5,0 и очень большими нагрузками по БПК и большими неравномерностями  по его поступлениям. Суммарный суточный сток от 700 до 1000м³/сутки. Количество поступающих загрязнений до 12500кг БПК в сутки. Сброс очищенных стоков на рельеф.   

Схема станции  очистки была построена следующим  образом.

• Механическая решетка
• Аэрируемый усреднитель объёмом 1000м³
• Физико-химическая очистка на флотаторе
• Два  SBR   объёмом 1700м³ с гиперболическими мешалками с приводами по 11 кВт.
• Доочистка на биологическом пруду.
• Обезвоживание осадков на ленточном фильтр-прессе

 

 

Габаритные размеры  станции составили 35х35 метров.

Качество очистки  соответствует требования сброса в  водоёмы рыбо- хозяйственного назначения.

2. Городские  очистные сооружения, г. Байкальск

Проблема очистки  стоков этого города заключается  в том, что были выставлены  одни из самых высоких в мире требования по сбросу очищенных стоков в о. Байкал.

Производительность  станции 12000м³/сутки.  Для очистки стоков была применена технология «SBR». Станция имеет (фото 7), 6 биореакторов объёмом по 2000м³. Биоректора  объедены, в два блока по 3 реактора. В пространстве между ними находится усреднитель и   фильтры доочистки стоков с каталитической загрузкой. Каждый биореактор оборудован турбоаэратором  BSK-2000 с приводом 45 кВт. Турбоаэраторы установлены на плавающих платформах. Моторесурс турбоаэратора определяется подшипниковым узлом и составляет 200 000 моточасов. Турбоаэратор даёт производительность по кислороду 140 кг О2/час.

Каждый биореактор 2 цикла в сутки и производит очистку 500м³ за один цикл.

Станция имеет  габариты 56х56м. Исполнение станции  полу-погружное. Станция построена с учетом сейсмостойкости 9 баллов. Более подробно об этой станции можно прочитать в журнале «Водоочистка, Водоподготовка, Водоснабжение» №1 ,2009г.

3. Очистные сооружения сыроваренного завода.

Стоки фабрики  отличаются неравномерным поступлением – коэффициент неравномерности 4,0 и очень большими нагрузками по БПК. Суммарный суточный сток   2200м³/сутки. Количество поступающих загрязнений до  25000кг БПК в сутки. Сброс очищенных стоков в реку. Фото 8.  

Схема станции  очистки была построена следующим  образом.

• Механическая решетка
• Аэрируемый усреднитель объёмом 1000м³
• Два  SBR   объёмом 2000м³ каждый с турбоаэраторами BSK-2000 на плавающей платформе с приводами по 45 кВт.
• Доочистка на  самопромывном фильтре.

 

 

Габаритные размеры  станции составили 50х22 метров.

Качество очистки  соответствует требования сброса.

4. Очистные сооружения горнолыжного курорта.

Станция рассчитана на пиковую производительность 700м³ в сутки. Станция выполнена и оформлена архитектурно с требованием  возможности проведения экскурсий. Фото 8.  

Схема станции  очистки была построена следующим  образом.

• Механическая решетка
• Физико-химическая очистка на флотаторе
• Два  SBR   объёмом 500м³ каждый с турбоаэраторами BSK-900 на плавающей платформе с приводами по 9 кВт.
• Доочистка на  песчаном фильтре
• Системы с биореакторами SBR хорошо показали себя в условиях больших сезонных колебаний расходов, например, курортные зоны. Есть «активный сезон» и «мёртвый сезон», когда колебания расхода отличаются в десятки раз. Строится станция, состоящая из нескольких биореакторов. В «мёртвый сезон» работает один биореактор. Начинается «активный сезон» расход воды возрастает, последовательно включаются другие биореакторы, перебрасывая часть активного ила из работающего реактора. «Активный сезон» заканчивается, станция снижает производительность в обратном порядке. 
• Выводы  
• 1. Очистку сточных вод в биореакторах периодического действия целесообразно производить при значительных колебаниях расходов сточных вод и концентраций загрязняющих веществ.  
• 2. Биохимические процессы деструкции и окисления органических веществ, нитрификации, денитрификации и дефосфотации, осуществляемые в однорезервуарном биореакторе, легко контролировать и регулировать, изменяя дозу ила в биореакторе, нагрузку на ил, концентрацию растворенного кислорода и режим перемешивания иловой смеси. 
• 3. Удельные производственные площади, материалоемкость и энергозатраты, приходящиеся на 1 м³ очищаемой воды, существенно ниже, чем на станциях с классическими схемами очистки сточных вод. 
• 4. Капитальные затраты на строительство станций с биореакторами периодического действия, сроки монтажа и ввода в эксплуатацию значительно ниже, чем на станциях классических типов. 
• 5. Биореакторы периодического действия могут выполнять полную биологическую очистку самостоятельно или включаться в более сложные технологические схемы с предочисткой и глубокой доочисткой.  
•  
• Литература  
• 1. Хенце М. и др. «Очистка сточных вод. Биологические и химические процессы», перевод с англ., М.: «Мир», 2004 
• 2. Яковлев С.В. и др., «Водоотводящие системы промышленных предприятий», М.: «Стройиздат», 1990 
• 3. Смирнов А.М., Локшин Ю.Х., Смирнов М.Н., «Новое оборудование для очистки природных и сточных вод», Индустрия, №3, 2004. 
• 4. Ратников А.А., «Автономные системы канализации», «В и К», № 0/2008. 
• 5. Смирнов М.Н., Алдохин Н.А., Кочеткова Р.П., Коваленко Н.А., Кочетков А.Ю., Федькович М.А., «Очистка хозяйственно-бытовых сточных вод города Байкальска», Водоочистка, Водоподготовка, Водоснабжение, №1, 2009г. 
• 6. Проектирование сооружений для очистки сточных вод. Справочное пособие к СНиП, ВНИИВодгео. М., Стройиздат, 1990