Решение задач очистки воды любой сложности!

Технология очистки хозяйственно-бытовых сточных вод USBF

Модуляция очистных сооружений на 5000 м3/сутки
Теоритические основы биологической очистки сточных вод:

Температура очищаемых сточных вод – важнейший фактор, воздействующий на растворимость химических веществ, скорость химических реакций, скорость изъятия загрязняющих веществ при механическом отстаивании, интенсивность обмена веществ у организмов активного ила, потребление растворенного кислорода. Оптимальные значения температуры для удовлетворительного процесса биологической очистки находятся в диапазоне 16…230С. В условиях горячего водоснабжения температура сточных вод, поступающих на очистку, не опускается зимой ниже 120С, а в летний период может достигать максимальных значений 270С и более. Ферменты активного ила состоят из белка, или в основном из белка. Ферменты – очень эффективные катализаторы процесса биологической очистки, они обеспечивают высокие скорости окисления субстрата, состоящего из различных загрязняющих веществ. Ферментативная активность ила сохраняется максимальной только в оптимальном диапазоне температур. Температура выше 350С неблагоприятна. Что касается пониженных температур, то к ним ферменты устойчивы. При снижении температуры сточных вод процессы обмена веществ у активного ила затормаживаются, но практически никогда не прекращаются полностью. При этом увеличивается растворимость кислорода в воде. Поэтому производительность аэротенков зимой снижается незначительно.
Взвешенные вещества (ВВ) – показатель характеризующий количество примесей, которые задерживаются на бумажном фильтре при фильтровании пробы. Взвешенные вещества – это нерастворимые вещества, которые или осаждаются или всплывают. Количество нерастворимых веществ составляет порядка 40% всех загрязнений и эти загрязнения могут быть удалены физико-механическими способами (фильтрация, отстаивание, флотация). На одного жителя в среднем в сутки приходится 65 грамм взвешенных веществ. Из них 75% или около 49 грамм можно уловить на стадии механической предочистки. В среднем можно считать, что на решетках задерживается 2 грамма мусора от одного человека в сутки. На песколовках задерживается 12 грамм взвешенных веществ от одного человека в сутки. Оставшиеся 35 грамм взвешенных веществ улавливаются или в первичных отстойниках, или на оборудовании по механической очистке сточных вод.
Сухой остаток/Общая минерализация – показатели, которые характеризуют общую загрязненность сточных вод органическими и минеральными примесями в растворенном состоянии. Количество растворенных загрязнений (коллоидные частицы, молекулярно-дисперсные частицы) составляют до 60% всех загрязнений. Эти загрязнения могут быть удалены только биохимическими методами. Сухой остаток – это количество загрязняющих веществ в фильтрате, прошедшем через бумажный фильтр, и остающихся после выпаривания влаги при 1050С. Общая минерализация – это суммарное количество только минеральных веществ, которые остаются после выгорания органических загрязнений при прокаливания сухого остатка при 6000С. Органика улетучивается. По этим двум показателям можно судить о соотношении органической и минеральной частей растворимых загрязнений сточных вод. Особенно важно оценивать потери при прокаливании для сточных вод. Если загрязнения в таких водах в основном будут представлены в минеральном виде, то питательных веществ для активного ила будет явно недостаточно.
Биохимическая потребность в кислороде (БПК) – количество кислорода, необходимое для биохимического окисления бактериями - минерализаторами органических веществ до образования CO2 и нитратов N2O5 . Этот показатель характеризует суммарное содержание легко окисляемой органики, которая может быть удалена методом биологической очистки, например, с помощью активного ила в аэротенках. Если отношение БПКполн/ВВ составляет 1/1, то хорошая предварительная механическая очистка значительно снизит нагрузку на последующие стадии биохимической очистки. Если БПКполн/ВВ составляет 1,6…1,8, т.е количество растворенных загрязняющих веществ значительно превосходит количество нерастворенных, то основная нагрузка по удалению загрязнений будет приходиться на аэротенки. Величина БПКполн замечательна тем, что она практически точно совпадает с истинным расходом кислорода на процесс биохимической очистки в действующих сооружениях. Экспериментально БПКполн определяют по появлению следов нитритов или нитратов.
Концентрация ионов водорода – выражается величиной pH. Среда считается кислой при pH меньше 7, и щелочной – при pH больше 7. При рассмотрении состава сточных вод одним из основных понятий является концентрация загрязнений в мг/л или г/м3 (т.е. масса загрязнений, приходящаяся на единицу объема воды). Среднее содержание основных загрязнений бытовых сточных вод приведено в табл. 1.
Иловый индекс – объем ила (мл) после отстаивания в течение 30 минут в лабораторном цилиндре, отнесенный к 1 грамму сухого вещества ила. Размерность мл/г. Замеряется объем отстоявшегося ила. Затем осадок высушивается при 1050С и замеряется его сухой вес. Отношение этих величин объем (мл)/вес (грамм) – есть иловый индекс и характеризует седиментационные (от лат. Sedimentum – оседание) свойства ила. Хорошо оседающий ил имеет индекс 60…150мл/г в зависимости от технологического регламента работы аэрационных сооружений и состава сточных вод. При индексе ила более 150мл/г говорят о «вспучивании» ила.
Прирост ила – это количество вновь образующегося ила за счет изъятия и усвоения загрязнений воды, определяемое при проектировании по формуле Пр = 0,8*В.В. + 0,3*БПКполн., где В.В. – концентрация загрязнений по взвешенным веществам, БПКполн – концентрация загрязнений по биохимически окисляемым веществам. Размерность величины определяется как мг/л (кг/м3). Более практической величиной является суточный прирост ила, соответствующий количеству удаляемого из системы избыточного ила. Эта величина определяется как произведение Пр (кг/м3) на производительность очистных сооружений Q (м3/сут) и имеет размерность кг/сут.
Возраст ила – это время пребывания ила в системе очистных сооружений, определяемое как частное от деления общей массы ила на суточный прирост. Измеряется в сутках.
Соединения азота и фосфора. При анализе сточных вод определяют азот общий, аммонийный, нитритный, нитратный. Показатель «азот общий» определяет содержание в воде органического и неорганического азота. Окисленные формы азота в неочищенных городских водах отсутствуют и появляются только в случае глубокой биологической очистки. Определению азотных и фосфорных соединений в сточных водах придается очень большое значение, поскольку азот и фосфор – важнейшие элементы питания бактерий. Как известно, одним из основных способов очистки сточных вод является биологический, осуществляемый микроорганизмами, которым создаются оптимальные условия для их существования и развития по количеству подаваемого питания, температуре, кислородному режиму, степени смешения и др. Достаточность элементов питания для бактерий в биологических сооружениях определяется отношением основных показателей анализа БПКполн:N:P. Здесь буквой N обозначен азот в аммонийной форме, а буквой P – фосфор в виде растворенных фосфатов. Аммонийный азот образуется в большом количестве при гидролизе мочевины, кроме того, азот белковый в результате процесса аммонификации также переходит в аммонийную форму. Что касается соединений фосфора, то следует заметить, что в физиологических выделениях человека его достаточно много. В последнее время количество фосфатов в сточных водах резко возросло в связи с тем, что в составе многих синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ) до 40% их массы составляют полифосфаты. По СНиП 2.04.03-85 для успешной биологической очистки необходимо обеспечить на каждые 100 частей БПКполн : 5 частей азота N : 1 часть фосфора P.

Масса загрязнений бытовых сточных вод на одного жителя в сутки

Показатель Масса загрязнений на 1 жителя,
г по СНиП2.04.03-85
Концентрация загрязнений при норме водоотведения 150 литров на 1 жителя
в сутки (европейские нормы), мг/литр
Взвешенные вещества 65 433
БПК5 не осветленной сточной воды (до очистных сооружений) 54 360
БПКполн не осветленной сточной воды (до очистных сооружений) 75 500
Азот аммонийных солей (N-NH4+) 8 53,3
Фосфаты (P2O5) 3,3 22

Биохимическое окисление органических веществ происходит в две фазы; в первой фазе окисляются углеродсодержащие вещества, дающие в результате углекислоту и воду, во второй – азотсодержащие вещества, которые окисляются сначала до нитритов, а затем до нитратов. Показателем окончания биохимического окисления биоразлагаемых органических веществ в воде является появление в ней ионов нитритов NO2- и нитратов NO3- в количестве 0,1 мг/л. Связанный кислород нитритов и нитратов под действием денитрифицирующих бактерий отщепляется и расходуется на окисление углеродсодержащих соединений. При этом в процессе денитрификации высвобождается свободный азот.

В данном случае применена эффективная технология очистки стоков под маркой «USBF». Upflow Sludge Blanket Filtration – фильтрация восходящего вверх течения через густой туман отстоя. Эта технология включает в себя зону предварительной подготовки сточных вод и «облако» взвешенного осадка как фильтр для отделения суспензии активного ила от обрабатываемой воды. Технология USBF обеспечивает не только удаление соединений углерода, но за счет процессов нитрификации/денитрификации происходит глубокое удаление азотсодержащих соединений и соединений фосфора. При использовании технологии глубокого удаления азота и фосфора биологическим методом предполагается искусственное создание различных зон, которые по степени обеспеченности кислородом подразделяются на три основные: анаэробная AN (безвоздушная, 0,1…0,3 мгО2/л), аноксидная DN (anoxia - кислородное голодание, 0,3…0,6 мгО2/л, процессы денитрификации) и аэробная N (насыщенная воздухом, 2,5…3,5 мгО2/л, процессы нитрификации).

Технологическая схема USBF

Каждая из зон характеризуется специфическими условиями для реализации определенных микробиологических процессов. В анаэробной зоне AN кислород отсутствует в свободном виде из-за отсутствия принудительной аэрации, а также его содержание в химически связанном виде минимально из-за небольшого объема нитритов и нитратов, подаваемых рециклом №1 из аноксидной зоны DN. Доза ила в анаэробной зоне 1,5…2 кг/м3, затраты энергии 7 Вт/м3. В этой зоне создаются условия для регулирования прироста микроорганизмов. Чем больше в анаэробную зону AN поступает свежей легко окисляемой органики, тем больше в аэробной зоне N будет прирост биомассы фосфоронакапливающих бактерий и больше депонируется полифосфатов в клетках, а, следовательно, больше фосфатов перейдет из сточных вод в биомассу активного ила. Таким образом, анаэробная зона – это зона подготовки к дефосфоризации. Для обеспечения жизнедеятельности анаэробных организмов иловая смесь должна перемешиваться мешалками, которые устанавливаются у дна тенков, чтобы исключить обогащение иловой смеси кислородом воздуха. В аноксидной зоне DN свободный кислород отсутствует, так как аэрация отсутствует и воздух в иловую смесь не поступает. Однако кислород присутствует в химически связанном виде в форме нитратов и нитритов, которые рециклом №2 подаются в аноксидную зону из аэробной зоны. При этом обеспечивается перемешивание иловой смеси мешалками. При благоприятных условиях аноксидная зона – это зона активной денитрификации. Денитрификация интенсифицируется при подаче свежей порции легко окисляемой органики. Поступающие соединения углерода служат электронным донором для превращения нитратов и нитритов в элементарный азот. Таким образом, аноксидная зона служит для удаления соединений углерода, а также для снижения доли различных нитратов и нитратов. В этой зоне продолжается процесс накопления биомассы организмов, способных откладывать полифосфаты в своих клетках, а также стимулируется их способность поглощать фосфаты в последующей аэробной зоне. Содержание фосфатов на этой стадии в сточных водах повышается, а количество нитратов и нитритов сокращается. Доза ила для зоны денитрификации составляет 2…4кг/м3, затраты энергии 8 Вт/м3. Аэробная стадия завершает цикл удаления азота и фосфора. Иловая смесь аэрируется воздухом. Доза ила в зоне нитрификации 4…6 и даже до 8кг/м3, затраты энергии 12 Вт/м3. В этой зоне начинается «жадное» поглощение фосфатов популяцией бактерий, способных удерживать фосфор, которые были развиты в аноксидной зоне. Усвоенный фосфор затем удаляется из системы как избыточная биомасса или отходы ила. Последовательное использование наряду с традиционной биологической очисткой всех вышеуказанных стадий позволяет обеспечить глубокое удаление азота и фосфора. При удачном протекании процессов биологической очистки удается достичь 80…85% удаления общего фосфора. Дополнительное изъятие соединений фосфора достигается вводом небольшого количества реагентов. Отличительной особенностью технологии USBF является также существенно более высокая эффективность использования кислорода воздуха. Поддержание высокой концентрации растворенного кислорода в аэробной зоне приводит к усилению нитрификации, в результате чего содержание аммонийного азота в очищенных сточных водах практически отсутствует, а образовавшиеся при этом нитраты впоследствии удаляются в процессе денитрификации.

Технология USBF способна к снижению БПК5 до величины менее 5 мг/л, взвешенных веществ – менее 10 мг/л без дополнительной фильтрации (доочистки), удалению азота до 10 мг/л, удалению фосфора до 1,5…2,5 мг/л. Более значительные уровни удаления фосфора до значений менее 0,1…0,5 мг/л могут быть достигнуты применением в аэробной зоне солей металлов Al2(SO4)3*14H2O, Na2O*Al2O3, FeCl3, FeCl2, FeSO4*H2O, Fe(SO4)3.

Технология USBF использует уникальный фильтр из взвешенного осадка. Фильтр из взвешенного осадка имеет трапецеидальную форму, где смешанный с илом жидкий поток входит в нижнюю часть фильтра через специально выполненные отверстия и где гидравлически происходит образование комочков.

Схема аэротенка USBF

Трапецеидальная форма фильтра обеспечивает постепенно увеличивающуюся поверхность от основания до вершины фильтра. Это обеспечивает постепенно уменьшающийся вертикальный скоростной градиент в пределах фильтра. Расчет поверхности верхней затопленной части флюидного фильтра производится из условия обеспечения значений 6…10м3/сут. через м2 поверхности для среднесуточного проектируемого потока. При этом пиковый поток составляет 18…31 м3/сут. через м2 поверхности, т.е. в 3 раза превышает среднесуточные показатели. Флюидный фильтр также включает уникальное донное устройство, позволяющее удаление отстоя из нижней части фильтра. Аноксидная и аэробная зоны объединены внутренним рециклом. Этот рецикл нужен для поддержания процесса снижения нитратов в сточной воде, а также является условием для развивающихся в аноксидной зоне организмов, удаляющих фосфор. Концентрация растворенного кислорода должна поддерживаться от 2 до 4 мг/л в аэрационной зоне, и меньше чем 0,5 мг/л в аноксидной зоне.

Блок-схема очистки сточных вод по технологии USBF

Блок-схема USBF

Основные преимущества технологии очистки сточных вод USBF

• высокая эффективность механической предварительной очистки

• нет первичных отстойников, а значит и сырого осадка - источника запаха, и всех затрат по переработке сырого осадка

• нет запаха - не требуется большой санитарно-защитной зоны

• высокая эффективность денитрификации и биологической дефосфоризации

• высокая эффективность мелкопузырчатой системы аэрации

• большой диапазон регулирования нагрузок

• компактность очистной станции, а значит и снижение капитальных затрат на строительство коммуникаций, зданий и сооружений

• высокое качество очищенной воды

• низкие эксплуатационные затраты

• минимально необходимый уровень автоматизации производственных процессов

• надёжность и долговечность в работе технологического оборудования

Запросить информацию