8.3. Мероприятия по борьбе с загрязнением водных источников. Способы очистки сточных вод
Мероприятия по борьбе с загрязнениями водных источников можно разделить на три категории: законодательные, организационные, технические.
Законодательные мероприятия, направленные на охрану водных источников, определяют степень ответственности и меры наказания виновных за их загрязнение, предусматривают также систему организационных мер, обеспечивающих действенный контроль за соблюдением соответствующих законов.
Организационные мероприятия представляют собой систему учреждений и служб, призванных обеспечить строгий контроль за надлежащей степенью очистки сточных вод, сбрасываемых в водные источники, и санитарным состоянием последних.
Технические мероприятия — это совокупность инженерных сооружений и устройств, создаваемых в системах водоснабжения и канализации промышленных предприятий и канализации городов и населенных пунктов для уменьшения объемов промышленных и бытовых стоков, их очистки и обезвреживания до степени, предусмотренной соответствующими санитарными нормами.
Основными техническими средствами защиты водных источников от загрязнения являются уменьшение объема промышленных сточных вод и надежные способы их очистки.
К не менее важным техническим мероприятиям для уменьшения загрязнения водоемов относятся:
снижение потерь различных производств за счет извлечения из сточных вод ценных примесей;
замена на промышленных предприятиях водяного охлаждения воздушным и испарительным охлаждением, особенно в доменном и мартеновском производствах;
- переход на замкнутые (водооборотные) системы водоснабжения как чистой, так и отработанной очищенной воды, непригодной для сброса в водоемы;
- многоступенчатое использование отработанных, не полностью очищенных, сточных вод в разных технологических циклах соседних предприятий путем их кооперации.
Современные схемы водоснабжения и канализации промышленных предприятий предусматривают высокую степень использования воды в оборотном водоснабжении (90--95% общего потребления). Например, нефтеперерабатывающие заводы используют в системах водоснабжения 93-96% сточных вод и только 4-7% стоков, непригодных для водооборота, сбрасывают в водоемы после очистки и доочистки.
Условия спуска в природные водоемы сточных вод с примесью вредных веществ регламентируются санитарными нормами предельно допустимых концентраций вредных веществ η водоемах, а также требованиями к составу и свойствам воды водоемов, используемых для хозяйственных, культурно-бытовых нужд и разведения рыб.
Нормативы качества воды в источниках водоснабжении определяются направлением их использования. Различают два вида водопотребления (водопользования):
- для централизованного и нецентрализованного питьевого водоснабжения и водоснабжения предприятий пищевой промышленности;
- для купания, спорта, отдыха населения и эстетических целей при городском и парковом строительстве.
При сбросе промышленных стоков в водоемы учитывается возможное снижение концентрации загрязнений вследствие процессов самоочищения, назначение водоема, общее санитарное состояние района и другие условия.
Степень чистоты спускаемых сточных вод в водоемы должна быть такой, чтобы их можно было использовать для бытового и промышленного водоснабжения и рыборазведения. Места, предназначенные для сброса сточных вод в водоемы, и типы сбросных устройств в каждом отдельном случае подлежат согласованию с санитарными органами, органами рыбоохраны и бассейновыми инспекциями.
В контрольных пунктах водоемов проверяют, соответствует ли вода санитарным требованиям. В проточных водоемах влияние сточных вод нс должно распространяться более чем на треть ширины их и не более чем на 0,5—1,0 км вниз по течению от места сброса. Эти расстояния ограничивают район смешения сточных вод, где контролируется качество воды. В непроточные водоемы сброс сточных вод не рекомендуется.
Имеются следующие показатели качества воды.
Растворенный кислород — его количество в воде водоема после смешения с ней сточных вод в любой период года должно быть не ниже 4 мг/л.
Биохимическая потребность в кислороде (величина БПК20) для водоемов первого вида водопотребления не должна превышать 3 мг/л, а для водоемов второго вида водопользования — 6 мг/л.
Содержание взвешенных веществ в воде водного источника после спуска и него сточных вод нс должно увеличиваться больше чем на 0,25 мг/л для целей водопотребления и не больше чем на 0,75 мг/л для целей водопользования.
Водородный показатель pH воды водного источника после смешения со сточными водами должен быть в пределах 6,5—7,5.
Для рыбохозяйственных водоемов показатели качества волы определяются направлением использования таких водоемов для воспроизводства и сохранения ценных видов рыб и для прочих рыбохозяйственных целей. Показатели качества воды рыбохозяйственных водоемов должны соответствовать нормативам, установленным для водоемов питьевого водопотребления и культурно-бытового водопользования. Однако по кислороду и БПК для рыбохозяйственных водоемов предъявляются более высокие требования: зимой количество кислорода, растворенного в воде, не должно быть ниже 6 мг/л для первой группы водоемов и 4 мг/л для второй группы; БПКя не должно превышать 2 мг/л.
Радиоактивные загрязнения у мест сброса сточных под в любые водоемы и реки не должны превышать предельно допустимой концентрации, установленной Государственной санитарной инспекцией СССР.
Потребная степень очистки сточных вод определяется количеством содержащихся в них взвешенных веществ; потреблением растворенного кислорода смесью сточных вод и вод водоема; допустимой величиной БПК полисмеси сточных вод и вод источника; изменением активной реакции воды водного источника и другими показателями с учетом самоочищающейся способности водотока или водоема.
Самоочищающейся способностью рек и водоемов называют снижение концентрации загрязнений вследствие протекающих в них биохимических, химических и физических процессов.
В зависимости от количества сточных вод и состава загрязнений применяют следующие способы очистки: механические, физико-химические, химические, электрохимические, биологические. термические, комбинированные.
К механическим способам очистки относится отстаивание, фильтрация и осветление сточных вод.
Физико-химические способы очистки предусматривают удаление загрязнений из промышленных стоков с помощью абсорбции1 (активированным углем, летучей золой каменного угля, торфа и пр.), экстракции2, коагуляции3, ионного обмена4 и выпарки (испарения) воды5.
Химические методы очистки сточных вод основываются на образовании нетоксичных (невредных) продуктов в результате протекания различных химических реакций: конденсации, нейтрализации и окисления.
Биологическая или биохимическая очистка сточных вод осуществляется за счет жизнедеятельности микроорганизмов, нейтрализующих и обезвреживающих загрязняющие вещества.
Ввиду сложною состава загрязняющих веществ перечисленные способы очистки применяют обычно в сочетаниях друг с другом, так как комбинированные методы дают более надежные результаты.
Наиболее универсальным способом очистки промстоков является термический — при его применении удается полностью их обезвреживать.
Механическая очистка должна обеспечивать удаление из сточных вод нерастворенных и частично коллоидных6 загрязнений. Крупные загрязнения задерживаются сороудерживающими решетками. Загрязнения минерального происхождения (песок, шлак) перехватывают песколовками. Нерастворенные загрязнения органического происхождения осаждаются (отстаиваются) в отстойниках, где частицы с плотностью, большей плотности сточных вод. выпадают на дно. а частицы с меньшей плотностью (жиры, масла, нефть и нефтяные остатки) всплывают на поверхность. Плавающие загрязнения в зависимости от их происхождения перехватываются с помощью жироловок, нефтеловушек. маслоотделителей и других сооружений и устройств. С их помощью очищаются производственные сточные воды.
Производственные сточные воды обрабатывают также путем флотации, сущность которой состоит во введении в жидкость воздуха и пенообразующих веществ (глинозема, животного клея и пр.). В результате флотации всплывающие пузырьки воздуха и частицы пенообразующих веществ собирают загрязнения, поднимают их на поверхность сточной жидкости в виде пены, которая непрерывно удаляется.
Физико-химическая очистка предназначается для обработки некоторых видов производственных сточных вод.
Широкое распространение для очистки промышленных стоков получил электрокоагуляционный способ. Суть его состоит в том, что через электроды, опушенные в очищаемую сточную воду, пропускают электрический ток: он способствует ускорению коагуляции, т. е. слипанию загрязняющих воду веществ, находящихся, как правило, в мелкораздробленном состоянии, в крупные агрегаты, которые быстро осаждаются или всплывают на поверхность, откуда их удаляют.
Коагуляция промышленных стоков происходит при введении в них специальных химических веществ- сульфата аммония и железа, которые у половины частиц загрязняющих веществ меняют электрический заряд на противоположный, и они начинают слипаться.
Биологическая очистка состоит в окислении микроорганизмами органических веществ, содержащихся в сточных водах. Очистка может производиться в условиях, близких к естественным (на полях орошения или фильтрации и в биологических прудах), и в искусственных сооружениях (биологических фильтрах и аэротенках).
Большие массы осадка, накапливаемые в очистных сооружениях, обрабатываются в септиках, двухъярусных отстойниках и метантенках. Сущность обработки состоит в разложении органической части осадка с помощью анаэробных (живущих без доступа кислорода) микроорганизмов. Септики и двухъярусные отстойники предназначены для осветления сточной жидкости и сбраживания осадка. Метантенки служат для сбраживания осадка.
Обезвоживание осадка производят на иловых площадках и в вакуум-фильтрах. Обезвоженный па вакуум-фильтрах осадок иногда подвергают термической сушке.
Очистка сточных вод на сооружениях механической и биологической очистки обычно выполняется последовательно, в связи с чем эти сооружения располагают в определенном порядке.
Биологический способ очистки сточных вод, будучи самым распространенным, не может в полной мере обеспечивать защиту природных водных источников от загрязнении. Очищенные этим способом воды необходимо разбавлять в 5—10 раз чистой подои; однако в ряде случаев требуемого разбавления достичь не удастся из-за недостаточной водоносности водотоков, емкости водохранилищ и озер.
К термическим способам очистки сточных вод относится их сжигание. Сжигание производят путем добавления к ним горючих примесей или. предварительно испарив воду, сжигают твердую фазу. При надлежащей организации сжигание сточных вод не связано с дополнительными затратами, так как выделяемое при этом тепло используют тут же на предприятиях для технологических нужд.
Нагревая промышленные стоки в автоклавах под давлением, ускоряют в них реакцию окисления и удаляют, в частности, следы фенолотоксичного вещества, которое в больших дозах может вызывать отравление.
Метод очистки и состав очистных сооружении выбирают в зависимости от требуемой степени очистки сточных вод. состава их загрязнений, производительности очистных сооружений, емкости водоема или водоносности реки. При проектировании очистных сооружений обычно просматривается несколько вариантов их состава, производится технико-экономическое сравнение и выбор окончательного варианта.
На рис. 8.1 приведены схемы очистных сооружений с механической очисткой сточных вод. Порядок прохождения через них сточных вод следующий: решетка, песколовка, отстойник, смеситель, в котором происходит смешивание сточной жидкости с хлором, контактный резервуар, где происходит взаимодействие сточной жидкости с хлором для ее дезинфекции. Из контактною резервуара очищенная сточная вода направляется в реку или водоем. Осадок из отстойника направляется на обезвоживающие установки или в метантенк (рис. 8.1, б). Сброженный в метантенке осадок подсушивается на иловых площадках.
При небольших расходах сточных вод механическую очистку производят на решетках, в песколовках и двухъярусных отстойниках; для биологической очистки используют поли орошения или поля фильтрации. При больших расходах сточных вод механическую очистку производят на решетках, в песколовках, преаэраторах и отстойниках; биологическую очистку производят в аэротенках. Сточные воды после очистки дезинфицируют и сбрасывают в водоприемник.
Имеются и другие схемы станций очистки сточных вод, например с очисткой на биофильтрах. Станции очистки производственных сточных вод зависят от вида последних. Они весьма разнообразны, и проектирование их представляет большой самостоятельный раздел санитарной техники, являющейся отраслью гидротехники.
Обеззараживание (дезинфекцию) сточных вод производят для уничтожения болезнетворных бактерий и выполняют на станциях с механической, и также с биологической очисткой. Наиболее часто сточные воды дезинфицируют жидким хлором. Расчетная норма хлора на станциях механической очистки принимается равной 15 г/м3, на станциях полной биологической очистки 5 г/м3, неполной—10 г/м3. На станциях очистки производительностью до 1000 м3/суткн допускается применение хлорной извести вместо хлора.
Установка для хлорировании жидким хлором состоит из хлораторной, смесителя и контактных резервуаров. В хлораторной размещаются хлораторы, служащие для дозировки хлора и получения хлорной воды, которую смешивают со сточной. Хлор со сточными водами смешивают в смесителях любого типа. Контактные резервуары для обеспечения требуемого бактерицидного эффекта рассчитываются на 30 мин контакта хлора с водой. Эти резервуары могут использоваться как первичные отстойники. Осадок из них направляется на иловые площадки.
Обеззараживание биологически очищенных сточных вод допускается гипохлоритом натрия, получаемым путем электролиза раствора поваренной соли.
В борьбе с зарастанием рек и их обмелением важная роль принадлежит мелиорации речных русел. Обмелению рек. которое благоприятствует развитию в них водолюбивой растительности. препятствует проведение в речных бассейнах противоэрозионных мероприятий: насаждение лесных полос, укрепление оврагов, посадка деревьев и кустарников вдоль рек, полосное земледелие, увеличение площади водоохранных лесов.
Для уменьшения зарастания рек и озер в них разводят травоядных рыб белого амура и пестрого толстолобика (белый амур питается жесткой растительностью, толстолобик фитопланктоном). Ниточные водоросли в прудах и водохранилищах полностью поедает рыбка тиляпия.
Основными средствами борьбы с эвтрофикацией являются повышение проточности озер и водохранилищ, отсечение от них мелководных зон путем обвалования и использование этих зон для сельского хозяйства, а также обводнение дистрофирующих озер и прудов путем подачи в них воды из соседних водотоков. Кроме того, не следует допускать в водоемы сточные воды, содержащие вещества, стимулирующие развитие водолюбивой растительности.
Основным средством борьбы с синезелеными водорослями, кроме увеличения ироточностн водоемов, является очистка зон их развития от ила. содержащего споры и детрит отмирающих водорослей, а также внесение в воду медного купороса (аэрокупоросование).
Сооружения и оборудование для очистки сточных вод и принципы их работы
Сооружения для механической очистки сточных вод. Решетки предназначены для задержания крупных загрязнений. На рис. 8.2 прицелена схема установки решетки простейшего типа. Различают решетки с ручной и механизированной очисткой от отбросов. Снятые с решетки отбросы направляют на дробилку для размельчения. Измельченные отбросы сбрасывают в сточную воду перед решетками или перекачивают в метантенки. Измельченные отбросы транспортируют в виде пульпы из расчета 10 м воды на 1 т. отбросов.
В настоящее время на очистных станциях применяют решетки-дробилки (коминуторы). задерживающие и дробящие отбросы под сточной водой.
Песколовки предназначены для улавливания загрязнений минерального происхождения, главным образом песка, с крупностью частиц более 0.2 мм. Их устанавливают на станциях производительностью свыше 100 м3/сут.
Различают песколовки горизонтальные, тангенциальные и аэрируемые. Горизонтальные песколовки выполняют с прямолинейным и круговым движением сточной воды. Скорость ее движения в горизонтальных песколовках допускают равной 0,3 м/с при Qмакс и не менее 0,15 м/с при Qмин.
На рис. 8.3 показана горизонтальная песколовка с прямолинейным движением сточной воды и механизированным удалением песка.
Песок к бункеру сгребается скребковым транспортером, а удаляется гидроэлеватором (водоструйным насосом— эрлифтом). В горизонтальных песколовках с прямолинейным движением воды обязательно поддержание постоянной скорости течения сточной жидкости.
Горизонтальная песколовка с круговым движением представляет собой в верхней части кольцевой лоток, по которому проходят сточные воды; лоток работает как обычная горизонтальная песколовка. Выпадающий песок скапливается в конической части песколовки, расположенной внизу, откуда его удаляют гидроэлеватором, размещаемым в центре песколовки.
Песколовка тангенциального типа (рис. 8.4) состоит из цилиндрической (рабочей) и конической (осадочной) частей. Сточные воды поступают снизу цилиндрической части песколовки по касательной, вследствие чего получают вертикально - вращательное движение. Дойдя до верха песколовки, вода сливается в кольцевой лоток, откуда отводится в отстойник. Чтобы песок выпадал (оседал) из сточных вод, скорость восходящего потока должна быть от 0,02 м/с (при минимальном расходе) до 0,05 м/с (при максимальном расходе). Время пребывания сточной жидкости в песколовке 2-2,5 мин. Выпадающий песок из нижней конической части песколовки периодически удаляется гидроэлеватором.
Аэрируемые песколовки - это резервуары, разделенные на секции. Вдоль одной из стенок каждой секции по всей длине песколовки на расстоянии 20-80 см от дна устанавливают аэраторы. Воздух, поступающий из аэраторов, создает в потоке сточной жидкости в песколовках вращательно-поступательное движение.
Причем скорость вращательного движения равна 0,25-0,3 м/с, а скорость поступательного движения 0,08—0,12 м/с. Время пребывания сточной жидкости и песколовке 1—3 мин. Иод аэраторами устанавливается лоток дли сбора песка. Песколовки этого типа рассчитаны на задержание песка крупностью частиц не более 0,15 мм.
Песковые площадки.
Песок из песколовок удаляется на специально устраиваемые песковые площадки. Они представляют собой земельные участки, разделенные на отдельные карты земляными валиками высотой 12 м.
Размеры площадок определяют из условия напуска песка слоем 5 м/год. Подсушенный песок периодически увозят. Профильтровавшаяся сточная вода, освобожденная от песка, собирается дренажной системой, устраиваемой под площадкой, и направляется для последующей очистки.
Отстойники.
Основное назначение отстойников задержать нерастворимые органические загрязнения, находящиеся в сточных водах. В отстойниках ли загрязнения выпадают на дно или всплывают на поверхность вследствие малой скорости течения сточных вод.
В зависимости от направления движения потока отстойники бывают горизонтальные, вертикальные и радиальные. Имеются отстойники-перегниватели, в которых, помимо осветления сточных под, происходит перегнивание выпавшего осадка.
Отстойники применяют для предварительной очистки сточных вод перед сооружениями биологической очистки. Если в результате механической очистки сточные воды удовлетворяют санитарным требованиям, то после осветления в отстойнике и дезинфекции их сбрасывают в водоем. Бытовые сточные воды очищают с помощью двух отстойников, каждый из которых является рабочим.
Продолжительность отстаивания сточных вод принимают от 30 мин до 1,5 ч, а максимальную скорость протекания для горизонтальных и радиальных отстойников — от 5 до 7 мм/с, для вертикальных отстойников — от 0,5 до 0,7 мм/с.
Время отстаивания и максимальная скорость течения стоков в отстойниках регламентированы СНиП II-32-74.
Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный и плане резервуар, разделенный на несколько отделений (рис. 8.5).
Сточные воды поступают в отстойник с торцовой стороны, с малой скоростью проходят через него, а затем осветленная вода поступает в отводящий канал. Горизонтальные отстойники применяют на очистных станциях производительностью более 15000 м3/сут.
Эффективность выпадения взвешенных веществ из сточных вод в отстойнике в зависимости от скорости выпадения взвеси (устанавливаемой расчетом) определяют по CНиП II-32-74.
Количество выпадающего в первичных отстойниках осадка при определении объема отстойника принимают равным 0,8 л/сутки на одного жителя. Влажность выгружаемою осадка обычно составляет 95% при самотечном удалении и 93% при удалении плунжерными (грязевыми) насосами. В начале отстойника устраивают приямок с углом наклона стенок не менее 50° для сбора осадка. Из приямка осадок откачивается плунжерными насосами или удаляется под гидростатическим напором воды, равным не менее 1,5 м.
Вертикальные отстойники представляют собой круглые, квадратные или прямоугольные в плане резервуары с конусными или пирамидальными днищами. Их обычно применяют на станциях очистки производительностью до 50 000 м3/сут, размещаемых на плотных грунтах с низким уровнем стояния грунтовых вод для уменьшения взвешивающего противодавления последних.
Сточные волы по центральной трубе поступают в низ цилиндрической части отстойника, где меняют направление, поднимаются вверх и слипаются через кольцевой водослив в сбросной лоток. Во время отстаивания из жидкости выпадают те взвешенные частицы, у которых скорость осаждения больше скорости восходящего потока.
Объем осадочной части этих отстойников рассчитывают на хранение двухсуточного объема осадка. Осадок удаляют самотеком 1—2 раза в сутки.
Радиальные отстойники представляют собой круглые в плане резервуары малой глубины, в которых поток принудительно движется от центра к периферии. Сточные волы в них поступают по центральной трубе, а осветленные отводятся по кольцевому лотку. Плавающие на поверхности жидкости загрязнения направляются в бункер с помощью специального приспособления на вращающейся ферме. Остаток сгребается механически действующими скребками к центру отстойника, где устраивается приямок для сбора осадка. Осадок удаляют из приямка с помощью специальных насосов.
Сооружения для обработки осадка.
Из первичных и вторичных отстойников осадок, обладающий высокой влажностью, плохо отдающий воду и опасный в санитарном отношении, обрабатывают в специальных сооружениях. К ним относятся септики, двухъярусные отстойники, осветлители-перегниватели и метантенки. В этих сооружениях органическое вещество осадка подвергают разложению— сбраживанию. Сброженный осадок хорошо отдает воду, менее опасен в санитарном отношении и содержит и значительно меньших количествах азот, фосфор и калий; он является хорошим удобрением. Высокая влажность (96—97%) сброженного осадка затрудняет его транспортировку, полому его подсушивают на иловых площадках, снижая влажность до 75 80%. На очистных станциях большой производительности осадок подвергают механическому обезвоживанию и термической сушке, доводя его влажность до 10—25%.
Септиками называют прямоугольные или круглые в плане проточные резервуары, в которых осветляют сточную воду и сбраживают выпавший осадок. Для осветления сточная жидкость выдерживается 1-3 суток, а для сбраживания осадка — 6- 12 месяцев. Из-за ряда недостатков септики применяют для обработки сточных вод в объемах не более 25 м3/сут.
После септика сточные воды направляют на поля фильтрации. на песчано-гравийные фильтры, в фильтрующие траншеи и колодцы.
Двухъярусные отстойники служат для той же цели, что и септики; их применяют на станциях очистки с производительностью до 10 тыс. м3/сут. Основным элементом этого отстойника является септическая камера, из которой сброженный осадок удаляют под гидростатическим напором.
В септической камере с помощью анаэробных бактерии производят сбраживание осадка в две фазы. В первой фазе органические вещества (белки, жиры, углеводы) распадаются до кислот жирного ряда. Во второй фазе кислоты расщепляются с образованием метана, углекислоты и сероводорода. Сероводород связывается с железом, образуя сернистое железо. Обычно процесс разложения протекает в щелочной среде и длится 2—6 месяцев, в течение которых успевает разложиться до 40- 50 органического вещества.
Осветлитель-перегниватель выполняет те же функции, что септики и двухъярусные отстойники. Он имеет осветлитель с естественной аэрацией и концентрически расположенный вокруг него перегниватель. Сточная вода, двигаясь в центральной трубе со скоростью 0,5 0,7 м/с, засасывает воздух из атмосферы, образуя водовоздушную смесь. Смесь, попадая примерно на 20 мин в камеру флокуляции1, затем поступает в отстойную зону, где поддерживается слой взвешенного осадка путем обеспечения определенной скорости протекания жидкости. Осветленная жидкость отводится из сооружения, а осадок перекачивается в перегниватель. Для перемешивания осадок забирают из перегнивателя и затем вновь направляют в него.
1 Флокуляция укрупнение частиц в дисперсных системах под влиянием молекулярных сил между поверхностями частиц: аналогична коагуляции.
Метантенк служит для сбраживания осадка и избыточного активного ила. Для ускорения процесса разложения осадок в метантенках подогревают и перемешивают. Подогрев осадка производят разными способами: «острым» паром, горячей подои, циркулирующей по уложенным внутри метантенка теплообменникам и змеевикам (трубам, закрученным в спираль), а перемешивание — механическим и гидравлическим путем.
Различают мезофильное и термофильное брожение. При первом в метантенке поддерживают температуру 30—33° С, при втором 52-55° С. Режим сбраживания выбирают на основании -технико-экономических расчетов, санитарно-эпидемиологических требований и метода дальнейшей обработки осадка.
Конструкции метантенков весьма разнообразны. Наибольшее распространение имеют метантенки с неподвижным перекрытием (рис. 8.6).
Газ, выделяющийся в метантанках, собирают и сжигают в котельных или используют в качестве горючего для газобаллонных автомашин.
Осадок влажностью 90-97% (сброженный осадок из метантенков) периодически разливают на отдельные карты — иловые площадки (размером 10-40 X 60-120 м) и подсушивают. Высота слоя, выпускаемого на карту за один раз, 0,2-0,25 м. Влажность подсушенного осадка 75—80%.
Иловые площадки устраивают на естественном основании при глубине залегания грунтовых вод не ниже 1,5 м. В случае необходимости основание иловых площадок дренируют.
Подсушенный осадок используют в качестве удобрения. Норма осадка на 1 м2 иловых площадок зависит от вида осадка, климатических условий, наличия дренажа и составляет в среднем 1-3,5 м/год. В зимнее время осадок намораживают, при этом 80% площади отводят для намораживания, а 20% оставляют для использования в период таяния намороженного осадка.
Для очистных станций производительностью больше 10 тыс. м3/сут устраивают каскадные иловые пруды, в которых происходит уплотнение осадка и автоматическое удаление выделившейся иловой воды с поверхности. Каскадные иловые пруды имеют по 4—7 ступеней. Выделившуюся в прудах иловую воду перекачивают на очистные сооружения. Ее объем составляет 30-50% объема обезвоженного осадка.
Для механического обезвоживания и термической сушки осадка применяют вакуум-фильтры, барабанные сушилки и центрифуги. Во всех этих сооружениях, как следует из их названия, процесс обезвоживания сточных вод, сбраживание и сушка осадка производятся механическим путем с помощью различных приспособлении. Прошедший вакуум-фильтр осадок подвергается термической сушке, для которой используют газы, нагретые до температуры 700—800°С. После термической сушки влажность осадка составляет 30 -35% и его можно использовать как удобрение.
Механическое обезвоживание и термическую сушку осадка производят только на очистных станциях большой производительности.
Сооружения биологической очистки сточных вод. К этим сооружениям относят поля орошения и фильтрации, биологические пруды, биофильтры разных типов, аэротенки, устройства для предварительной аэрации и биокоагуляции, вторичные отстойники и илоуплотнители.
Полями орошения называют специально подготовленные земельные участки, предназначенные для очистки сточных вод и последующего сельскохозяйственного использования.
Поля фильтрации предназначаются только для очистки сточных вод. Сущность почвенной очистки сточных вод состоит в том. что при их фильтрации через почву на поверхности частиц грунта адсорбируются нерастворенные и коллоидальные загрязнения, образуя густонаселенную микроорганизмами пленку. Эта пленка в присутствии кислорода воздуха, проникающего в почву через поры, окисляет органические вещества, содержащиеся в сточных водах.1
1 Адсорбция - сгущение, уплотнение растворенного млн. парообразного вещества на поверхности твердого тела или жидкости.
Существуют два вида полей орошения: коммунальные и земледельческие. На первых производят только очистку сточных вод и иногда попутно используют их в сельскохозяйственных целях. Вторые, как правило, предназначаются для очистки и сельскохозяйственного использования сточных вод (удобрительное. утеплительное и увлажнительное орошение).
Коммунальные поля орошения и поля фильтрации размещают на песчаных, супесчаных и суглинистых почвах на ровных участках со слабо выраженным рельефом. Полезную площадь полей орошения определяют по норме нагрузки.
На полях орошения устраивают постоянную и временную оросительную сеть, а также дренажную осушительную сеть.
Земледельческие поля орошения размешают на супесчаных и легких суглинистых почвах. Норма нагрузки сточных вод на них 5-20 м/га в сутки. Оросительная сеть делится на постоянную и временную. Полив карт производят методом поверхностного орошения. На этих полях орошения выращивают зерновые культуры, травы, картофель, тыкву и плодово-ягодные растения.
Биологические пруды — это специальные водоемы, в которых медленно протекают процессы окисления органических загрязнений. Они могут представлять собой самостоятельные сооружения для биохимической очистки, а также для доочистки сточных вод. Очистка сточных вод в этих прудах возможна как в анаэробных, так и в аэробных условиях.
Биофильтры представляют собой сооружения, в которых биологическая очистка сточных вод совершается в искусственно созданных условиях. Биофильтры бывают нескольких типов, отличающихся по производительности и способу подачи волы. По первому признаку различают капельные и высоконагружаемые биофильтры, а по второму — биофильтры с естественной и искусственной вентиляцией. Высоконагружаемые биофильтры с искусственной вентиляцией называют аэрофильтрами.
Сущность процессов, протекающих в биофильтрах, состоит в следующем. На поверхности зерен загрузки фильтра сорбируются1 нерастворенные и коллоидальные загрязнения, образуя биологическую пленку, заселенную микроорганизмами. Последние окисляют попадающие на биологическую пленку растворенные загрязнения сточных вод. Отмершая пленка смывается сточными водами и выносится из тела биофильтра.
Сточные воды, осветленные в первичных отстойниках, периодически через специальные устройства равномерно распределяются по площади биофильтра (рис. 8.7). Затем после прохождения через слой загрузки и дренаж жидкость собирается системой лотков и отводится во вторичный отстойник.
Отстойник предназначен для задержания отмершей биологической пленки, выносимой из биофильтра.
В качестве материала загрузки для фильтров используют щебень, гальку прочных горных пород, шлак, кокс, керамзит и пластмассы.
Распределение сточной жидкости по поверхности биофильтров выполняют неподвижными разбрызгивателями или подвижными реактивными оросителями.
Для нормальной работы биофильтра необходима подача воздуха в достаточном количестве, что обеспечивается естественной вентиляцией за счет разности температур наружного воздуха и тепла биофильтра или принудительной подачей воздуха в пространство между дренажем и днищем.
Аэротенки это сооружения, в которых создаются искусственные условия для биологической очистки сточных вод.
Их выполняют в виде длинных железобетонных резервуаров (типа коридоров) глубиной 3-6 м и шириной 6—10 м. В аэротенках осветленную сточную жидкость смешивают с активным илом скоплением микроорганизмов, способных сорбировать на своей поверхности Органические загрязнения и окислять их в присутствии кислорода воздуха. Смесь из активного ила и сточной жидкости но всей длине аэротенка продувается воздухом. На рис. 8.8 представлена схема работы аэротенка.
Процесс разложения органического вещества в аэротенке протекает в три фазы:
- сорбции органических загрязнений на хлопьях активного ила и окисление легкоокисляющихся органических веществ; при этом резко снижается ВПК сточной жидкости;
- окисление трудноокисляющихся органических веществ и регенерация активного ила — восстановление его сорбирующей способности;
- нитрификация (процесс окисления) аммонийных солей.
Из аэротенка упомянутая смесь направляется во вторичный отстойник, где активный ил осаждается, а затем возвращается в аэротенки. Этот ил называют циркуляционным активным илом. В целях обеспечения устойчивой работы аэротенков устраивают регенераторы — сооружения, в которых восстанавливается сорбирующая способность активного ила.
Аэротенки применяют как для частичной, так и для полной очистки сточных вод.
Аэрацию сточной жидкости в аэротенках производят продувкой сжатого воздуха и механическими способами. Воздух подастся воздуходувками по воздухопроводам, а распределяется в них через пористые керамические материалы (фильтросные пластины и др.), щелевые и дырчатые трубы. Аэротенки имеют устройства для опорожнения и выпуска жидкости из-под фильтросных каналов.
Предварительную аэрацию и биокоагуляцию выполняют в специальных сооружениях: преаэраторах, биокоагуляторах и осветлителях. Их назначение уменьшить в сточных водах содержание взвешенных веществ на большую величину, чем это могут сделать первичные отстойники. Преаэраторы устраивают перед первичными отстойниками в виде отдельных сооружений или встраивая в них, а биокоагуляторы и осветлители совмещают с отстойниками вертикального типа. В первичных отстойниках с преаэраторами задерживается до 05% взвешенных веществ и на 15% снижается БИК20. Количество воздуха, подаваемого в преаэраторы, составляет 0,5 м3 на 1 м3 сточных вод. В биокоагуляторах содержание взвешенных веществ снижается на 75%, а БПК20 - на 35%. Количество подаваемого в биокоагуляторы воздуха такое же. как и в преаэраторах. Осветлители выполняют в виде вертикальных отстойников с внутренней камерой флокуляции, с естественной аэрацией за счет разницы в уровнях воды (0,6 м) в разделительной чаше и осветлителе. Эффективность задержания взвешенных наносов в осветлителе достигает 70%. В камере флокуляции сточная жидкость находится 20 мин. Вторичные отстойники и илоуловители предназначаются для задержания ила и биологической пленки, содержащихся в сточной жидкости, прошедшей аэротенки (активный ил) и биофильтры (биологическая пленка). Эти сооружения на станциях очистки располагают за аэротенками и биофильтрами.
Вторичные отстойники имеют несколько разновидностей, отличающихся в зависимости от поступления в них сточной жидкости (горизонтальные, вертикальные, радиальные). Скорость протекания жидкости в горизонтальных и радиальных отстойниках 5 мм/с, в вертикальных—0,5 мм/с. Их конструкции весьма многообразны.
Очищенные сточные воды спускают в водоемы после их обеззараживания. Конструкция выпуска должна обеспечивать хорошее перемешивание сточных вод с водой водоема или водотока, что позволяет лучше использовать их самоочищающую способность.
Выпуски бывают береговые, глубинные, сосредоточенные и рассеянные. В сосредоточенных обеззараженную воду выпускают через одно отверстие, у рассеянных - через несколько отверстий, расположенных в разных зонах скоростного поля водного потока, т. е. уступом по отношению к берегу, под нижней поверхностью ледяного покрова (при его наличии). Особенности береговых и глубинных выпусков определяются их названием.
