6.2. Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях

Для биологической очистки сточных вод в естественных условиях предназначены поля фильтрации, биологические пруды и циркуляционные окислительные каналы.

Поля фильтрации проектируют, в основном, в южных районах с долгим летом. Перед подачей на поля сточные воды подвергают механической очистке в отстойниках.

Поля фильтрации представляют собой спланированные участки земли, разделенные оградительными валиками на карты. Площадь каждой карты составляет несколько гектаров.

Биологическая очистка сточных вод происходит за счет микроорганизмов почвы. В верхних слоях работают аэробные микроорганизмы, на глубине более 1м – анаэробные. Продолжительность контакта сточных вод с почвой составляет 1-2 недели. Эффект очистки – 99%.

Для устройства полей фильтрации выбирают хорошо фильтрующие грунты: легкие суглинки, супеси, пески. Рельеф местности должен быть спокойным, с уклоном не более 0,02; глубина залегания грунтовых вод - не менее 1,5м.

Распределение сточных вод по картам осуществляется посредством открытых каналов; напуск воды на карты производится путем налива.

Если уровень грунтовых вод низкий, состав сточных вод позволяет сбрасывать их в грунт, а грунты хорошо фильтруют, то поля фильтрации проектируют без дренажа. В других случаях очищенные сточные воды с полей отводят по дренажной системе. Дренаж представляет собой сеть пластмассовых, керамических или асбестоцементных трубопроводов диаметром 100мм. Трубы уложены в борозды, заполненные фильтрующим материалом. Уклон трубопроводов назначается от 0,005 до 0,01; глубина заложения – не менее 1,5м. Для проникновения очищенных сточных вод в сеть в асбестоцементных трубах пропиливают щели. Если сеть смонтирована из раструбных пластмассовых или керамических труб, то их в местах раструбов соединяют не плотно, а оставляют кольцевые зазоры. Щели и зазоры прикрывают рулонным материалом: толем или рубероидом, чтобы сеть не засорялась грунтом.

П оля фильтрации

1- карта полей фильтрации, 2- оградительный валик, 3- дренажные траншеи, заполненные фильтрующим материалом, 4- дренажные трубы, 5- напорный трубопровод подачи сточных вод на поля, 6- колодец – гаситель напора, 7-распределительные лотки, 8- пандусы для съезда техники на площадку.

Рис.6.11

Поля размещают с подветренной стороны от населенного пункта, с соблюдением санитарных разрывов – от 300 до 1000м в зависимости от расхода сточных вод. Вокруг полей организуется зеленая зона шириной 10-20м.

Расчет полей фильтрации заключается в определении необходимой их площади. Рабочая площадь полей определяется по суточному расходу сточных вод и по нормативной гидравлической нагрузке – q (м³/га*сут). Нагрузка приводится в СНиП /1/ и составляет от 55 до 250 (м³/га*сут) в зависимости от грунтов, глубины залегания грунтовых вод, от климатических условий. При определении общей площади полей к рабочей добавляют 20-25% на вспомогательные сооружения: оградительные земляные валики, подъездные пути и др. Обязательно выполняется расчет площадок на зимнее намораживание. При полях фильтрации предусматриваются помещения для отдыха персонала: для обогрева, приема пищи, сушки одежды. Предусматривается также душевая.

Если поля предназначены не только для очистки сточных вод, но и для выращивания сельхозкультур, то они называются полями орошения. При определении их площади дополнительно прибавляют еще 20-25%; это резервная территория на период пахоты и посева. Расчет полей орошения ведут не только по гидравлической нагрузке; нормируются еще оросительная и удобрительная нагрузки. Оросительная нагрузка учитывает потребность растений в воде, а удобрительная – их потребность в органических и минеральных удобрениях.

Биологические пруды – это водоемы глубиной от 0,3 до 3 м. В них происходит очистка сточных вод под действием микроорганизмов водной среды. Небольшая глубина назначается для обеспечения нормального процесса фотосинтеза. Биологические пруды могут использоваться как самостоятельные сооружения биологической очистки, но обычно в них осуществляется доочистка, или глубокая очистка, сточных вод. Для устройства прудов могут использоваться естественные котлованы или искусственно созданные. Насыщение воды пруда кислородом может происходить естественным путем или предусматривается искусственная аэрация. Это могут быть как пневматические, так и механические аэраторы.

Очистка в биопрудах позволяет снизить БПК сточных вод до 3-6 мг/л, содержание взвешенных веществ – до 5-10 мг/л; концентрация аммонийного азота снижается до 2 мг/л.

Биопруды устраиваются проточными, в 3-4 последовательных ступени. Число параллельно работающих секций принимается не менее 2-х. Скорость движения воды в пруде составляет около 50 мм/сек. Перед прудами сточные воды проходят механическую очистку.

Наиболее эффективно работают аэрируемые биологические пруды. В условиях перемешивания водной массы скорость потребления кислорода в процессе биохимического окисления увеличивается в 5-7 раз. Это позволяет уменьшить размеры пруда при той же степени очистки. Можно увеличить глубину пруда до 3-3,5м, увеличить нагрузку на пруд. На поверхности аэрируемых прудов зимой не образуется льда; концентрация растворенного кислорода обычно не падает ниже 4 мг/л.

В качестве примера на рис.6.12 приведена конструкция аэратора для биопрудов. Такие аэраторы используются только в глубоких прудах, поскольку в мелких происходит размыв дна.

Плавающий подвижный аэратор для биопрудов

1-дисковый ротор, или собственно аэратор, 2-электродвигатель, 3-понтон (воздушная подушка), 4-тяга, 5-опора

Рис.6.12

Ротор приводится во вращение при помощи электродвигателя. При этом возникает пара реактивных сил: вращение ротора вокруг своей оси вызывает вращение всего аэратора вокруг неподвижной опоры.

После биопрудов с искусственной аэрацией необходимо предусматривать отстаивание очищенной воды в течение 2-2,5 часов.

Для повышения глубины очистки рекомендуется культивировать в нижних ступенях прудов водную растительность: камыш, рогоз, тростник.

Расчет биопрудов ведут, как и расчет аэротенков, по скорости окисления органических загрязнений. По этому параметру определяется требуемая продолжительность очистки в пруде. Она составляет обычно 1-2 недели. По времени очистки и по суточному расходу сточных вод определяют объем пруда.

В верхних ступенях пруда преобладают процессы осаждения взеси, в средних – биоокисление органических примесей. Нижние ступени работают как аэротенк с продленной аэрацией: здесь происходит глубокая минерализация органических соединений, самоокисление ила, нитрификация аммонийного азота; а в анаэробных зонах идет процесс денитрификации.

Циркуляционные окислительные каналы предназначены для биологической очистки малых объемов сточных вод. Это замкнутые каналы овальной формы в плане, глубиной около 1м.

Перед поступлением в канал сточные воды проходят решетку с прозорами шириной 8 мм. Из канала смесь воды и ила направляется в отстойник. Оттуда избыточный ил подается на иловые площадки, и циркуляционный – снова в канал.

Циркуляционный окислительный канал работает в проточном режиме. Насыщение водно-иловой смеси кислородом осуществляется при помощи механического аэратора. Продолжительность обработки сточных вод составляет около суток.

Канал работает в режиме аэротенка с продленной аэрацией; здесь происходит не только биологическая очистка сточных вод, но и минерализация ила.

Вторичный отстойник принимают обычно вертикальный, с продолжительностью отстаивания 2 часа.

Циркуляционный окислительный канал

1-канал, 2-вторичный отстойник, 3-механический аэратор, СВ- сточные воды после решеток и песколовок, ЦАИ-циркуляционный активный ил, ИИ-избыточный ил на иловые площадки.

Рис. 6.13

Наиболее стабильно циркуляционные окислительные каналы работают в южных районах. По СНиП /1/, их следует проектировать в районах с расчетной зимней температурой наиболее холодного периода не ниже минус 25^оС. Есть типовые проекты каналов производительностью от 100 до 1400 м³/сут.

Область применения сооружений естественной биологической очистки весьма ограничена, во-первых климатическими условиями, во-вторых, территориальными.

С учетом того, что активность микроорганизмов при температуре <+8˚С снижается, эти сооружения могут эффективно работать только в южных широтах страны.

В то же время, южные районы характеризуются выгодной плотностью населения и застройки, потому там сложно найти участки достаточной площади, необходимые для застройки полей, прудов и каналов.

7. ГЛУБОКАЯ ОЧИСТКА БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД.

СОВРЕМЕННОЕ РАЗВИТИЕ СХЕМ ОЧИСТКИ.

7.1. СХЕМЫ НА ПОЛНУЮ БИОЛОГИЧЕСКУЮ ОЧИСТКУ СТОЧНЫХ ВОД. ДООЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД НА БАРАБАННЫХ СЕТКАХ И

ЗЕРНИСТЫХ ФИЛЬТРАХ

Полной биохимической очисткой принято называть снижение концентраций органических примесей в сточных водах до БПК=15 мг/л. При этом количество взвешенных веществ сокращается до 10-20 мг/л; содержание биогенных элементов снижается незначительно: концентрация аммонийного азота остается на уровне 26-40 мг/л, фосфатов - 10-15 мг/л. Примерно до конца 70-х годов прошлого века полная биологическая очистка удовлетворяла требованиям сброса сточных вод в водоем. Обработка сточных вод велась по схемам, представленным на рисунках 7.1, 7.2.

В последующие годы в связи с ухудшающейся экологической обстановкой органы санитарного надзора и экологической безопасности стали предъявлять более жесткие требования к сбросу сточных вод в водоем. В зависимости от категории водоема предельно допустимые концентрации сбрасываемых сточных вод стали назначаться по величине БПК - 4-6 мг/л, по содержанию взвешенных веществ - 4-6 мг/л.

С целью снижения концентраций до требуемых величин в схеме обработки сточных вод проектировщики стали предусматривать блок глубокой очистки (доочистки). На многих существующих очистных станциях, запроектированных в начале 80-х годов ХХ века и функционирующих до сих пор, в качестве метода доочистки используется фильтрование. На крупных станциях для фильтрования используют самотечные фильтры с зернистой загрузкой и сетчатые барабанные фильтры. Для доочистки малых расходов сточных вод применяются напорные песчаные фильтры. Сооружения глубокой очистки в схеме размещаются после вторичных отстойников перед блоком обеззараживания.

Схема полной биологической очистки при расходах сточных вод более 10 тыс.м³/сут.

ЦАИ – циркуляционный активный ил, ИИ – избыточный ил

Рис. 7.1

Схема полной биологической очистки при расходах сточных вод до 10 тыс.м³/сут.

Рис. 7.2