14 Ковальчук Очистка стічних вод

Таблиця 8.4

Норма навантаження освітлених стічних вод на поля фільтрації для районів із середньорічною кількістю атмосферних опадів 300-500 мм

Примітка: Для районів із середньорічною кількістю атмосферних опадів 500-700 мм норми навантаження на поля фільтрації слід зменшувати на 15-25 %, а для районів із середньорічною кількістю атмосферних опадів більше 700 мм - на 25-35 %, при цьому більший відсоток зниження навантаження приймають для легких суглинистих грунтів, а менший - для піщаних.

На полях фільтрації повинно бути не менше двох карт. Розміри карт полів фільтрації визначають в залежності від рельєфу місцевості, загальної площі полів, способу обробітку грунту, кількості очищуваних стічних вод. При обробітку грунту тракторами площа однієї карти повинна бути не меншою 1,5 га. Довжина карт приймається у 2-4 рази більше ширини.

Площу полів фільтрації перевіряють на можливість зимового наморожування стічних вод. Площа полів фільтрації, необхідна для зимового наморожування стічних вод, складає

де tнам - тривалість зимового наморожування (кількість днів із середньодобовою температурою повітря менше -10 оС), добу; β - коефіцієнт, що врахо-

вує підлідну фільтрацію у період наморожування (залежить від виду грунту і складає для легких суглинків, супісків і пісків відповідно 0,3, 0,45 і 0,55);

hнам - висота шару наморожування (приймається звичайно 0,5-0,6 м); hoc - висота шару зимових опадів, м; ρ - густина льоду, що складає 0,9 т/м3.

211

Під зимове наморожування відводять не більше 80 % корисної площі

карт.

8.3.2. Розрахунок комунальних полів зрошування

Загальна площа комунальних полів зрошування визначається за фор-

де Fз.коp - корисна площа полів зрошування, га; Fз. pез - резервна площа полів

зрошування, га; Fз.дод - додаткова площа полів зрошування, га. Корисна площа полів зрошування складає

де Qдоб - середньодобова витрата очищуваних стічних вод, м3/добу; qз - но-

рма навантаження на поля зрошення, м3/(га.добу).

Норма навантаження стічних вод на поля зрошування визначається як середньозважена величина із навантажень на ділянки з різними видами сільськогосподарських культур (див. табл. 8.3).

Як вказувалося раніше, при комунальних полях зрошення влаштовуються резервні поля, за конструкцією аналогічні полям фільтрації, які приймають стічні води у періоди посівної, збирання врожаю, сильних дощів і зимового наморожування стічних вод. Площа резервних полів визначається за формулою

де α - коефіцієнт, що враховує частину витрати стічних вод, яка надходить на резервні поля (значення α для районів із середньорічною температурою повітря до 5, 10 і 15 оС приймаються відповідно 1, 0,75 і 0,5); q - навантажен-

ня на резервні поля (приймається за табл. 8.4), м3/(га.добу).

Додаткова площа полів зрошування приймається в межах 15-25 % в залежності від сумарної корисної і резервної площ полів зрошування

Площа карт комунальних полів зрошення приймається 5-8 га. Ширина карт залежить від виду грунту: для пісків вона приймається рівною 50 м, для супісків - 80-100 м, для суглинків - 120-150 м. Довжина карт повинна бути у 4-5 разів більшою ширини.

Резервна площа полів зрошування перевіряється на можливість зимового наморожування стічних вод.

212

8.3.3.Розрахунок споруд для очистки у грунті стічних вод від малих об’єктів

Розрахунок полів підземної фільтрації, фільтруючих канав і піщаногравійних фільтрів здійснюється за навантаженням, що показує, яка витрата очищуваних стічних вод може бути подана в розрахунку на 1 м довжини зрошувача за умови забезпечення необхідної якості очищених стічних вод. Та-

навантаження на зрошувач, л/(м.добу).

Навантаження на поля підземної фільтрації визначається умовами, в яких воно здійснюється, і залежить від виду грунту (пісок чи супісок), середньорічної температури повітря, відстані від лотка зрошувального трубопроводу до максимального рівня грунтових вод, кліматичних умов (кліматичного району і середньорічної кількості опадів), наявності чи відсутності підсипки під зрошувачами, концентрації забруднень в очищуваних стічних водах (питомого водовідведення). Значення навантаження на поля підземної фільтрації визначається за таблицею 49 СНиП 2.04.03-85 і, як вже зазначалося вище, складає: у піщаних грунтах - 16-30 л/добу, а у супіщаних - 8-16 л/добу.

Очистка стічних вод у фільтруючих траншеях і в піщано-гравійних фільтрах значно менше залежить від кліматичних умов і рівня грунтових вод. Тому навантаження на ці споруди залежить, головним чином, від виду фільтруючого завантаження і його висоти, а також від середньорічної температури повітря і концентрації забруднень в очищуваних стічних водах ([4], табл. 50). Навантаження на зрошувачі одноступінчастих чи на зрошувачі другого ступеня двоступінчастих піщано-гравійних фільтрів при висоті фільтруючого завантаження 1-1,5 м знаходяться в межах 80-100 л/(м.добу), на зрошувачі першого ступеня двоступінчастих піщано-гравійних фільтрів при висоті фільтруючого завантаження 1-1,5 м - 150-200 л/(м.добу), а на зрошувачі фільтруючих канав при висоті фільтруючого завантаження 0,8-1 м - 50-70 л/(м.добу).

Після визначення загальної довжини зрошувачів здійснюється конструювання конкретних споруд для очистки стічних вод у грунті.

Для фільтруючих колодязів навантаження залежить від тих самих чинників, що і для полів підземної фільтрації, але визначається в розрахунку на 1 м2 площі фільтруючої поверхні, за яку приймають сумарну площу дна і площу поверхні стінок на висоту фільтруючого шару. Відповідно до п. 6.197 СНиП 2.04.03-85 навантаження на 1 м2 фільтруючої поверхні колодязя приймається рівним 80 л/добу в піщаних і 40 л/добу - в супіщаних грунтах.

213

8.3.4. Розрахунок біологічних ставків

Розрахунковий об’єм біоставка чи його ступеня визначається за фор-

тривалість перебування стічних вод у біоставку чи його ступені, діб. Визначення часу tlag здійснюється за залежностями, що враховують

мономолекулярний характер протікання біохімічних реакцій у біоставках. Згідно СНиП 2.04.03-85 загальний час перебування стічних вод у біоставках з природною аерацією обчислюється за формулою, другий доданок якої визначає час перебування стічних вод в останньому ступені біоставка

фіцієнт використання об’єму кожного ступеня біоставка і його останнього ступеня; Len і Lex - БПКповн води, що відповідно надходить і виходить з да-

ного ступеню біоставка, мг/л; L,en і L,ex - те ж саме, для останнього ступеня біоставка, мг/л; Lfin - залишкова БПКповн , зумовлена внутрішньоводоймищними процесами, яка приймається рівною 2-3 мг/л для літніх умов (для став-

ків, що цвітуть, - до 5 мг/л) і 1-2 мг/л для зимових умов; k і k , - константа швидкості споживання кисню для кожного ступеня біоставка і його останнього ступеня, доба-1.

Значення констант швидкостей споживання кисню за температури води 20 °С для всіх ступенів біоставка, крім останнього, складає 0,1 доба-1, для останнього ступеня - 0,07 доба-1. Для інших температур значення констант швидкостей споживання кисню визначається за формулами, наведеними у СНиП 2.04.03-82.

Коефіцієнт об’ємного використання ступенів біоставків залежить від відношення їх довжини до ширини: при відношення 20:1 і більше Klag при-

ймається в межах 0,8-0,9; при відношенні 1:1 - 3:1 чи для ставків, побудованих на основі місцевих водойм, - 0,35; для інших відношень Klag визнача-

ється інтерполяцією.

214

Поверхня біоставка з природною аерацією повинна бути достатньою для насичення стічних вод киснем.

Загальну площу дзеркала води біоставка з природною аерацією визначають за величиною поверхневої реаерації

де Ca - розчинність кисню у воді при розрахунковій температурі, мг/л; Cex - концентрація кисню, яку необхідно підтримувати у воді на виході із біоставка, мг/л; ra - величина поверхневої реаерації, г/(м2.добу).

Величина поверхневої реаерації ra для дефіціту кисню, рівному одиниці, складає 3-4 г/(м2.добу). Концентрація кисню в очищеній воді Cex за-

лежить від нормативної концентрації кисню у водоймі, в яку скидаються стічні води.

Тривалість очистки стічних вод в аерованих біоставках визначається за формулою

де E - ефект очистки, який приймається рівним 70 % для одного ступеня

біоставка без первинних відстійників і 50 % при їх наявності; k - константа

швидкості споживання кисню, яка дорівнює 0,7 доба-1 при температурі води

20 оС.

Для повної біологічної очистки стічних вод у біоставках можна застосовувати наступні схеми: 1) три-п’ятиступеневі біоставки з природною аерацією; 2) дво-чотириступеневі аеровані біоставки; 3) дво-чотириступеневі біоставки із штучною аерацією на I ступені й природною аерацією на II-IV ступенях.

Література

1.Шевцов Н.М. Внутрипочвенная очистка и утилизация сточных вод. - М.: Агропромиздат, 1988. - 141 с.

2.Сельскохозяйственное использование сточных вод: Справочник/Л.П.Овцов, В.В.Игнатова, Э.Е.Элик и др. - М.: Росагропромиздат, 1989. - 223 с.

3.Использование сточных вод для орошения/Ю.Г.Бескровный, М.В.Козинец, В.И.Бойко и др. - К.: Урожай, 1989. - 160 с.

4.СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. - М., 1986. - 72 с.

215

Розділ 9

БІОЛОГІЧНІ ФІЛЬТРИ

9.1. Принцип роботи і класифікація біофільтрів

9.1.1. Принцип роботи біофільтрів

Біологічний фільтр - це споруда, в якій біологічна очистка відбувається при протіканні стічних вод через шар завантаження, поверхня якого вкрита біоплівкою з колоній аеробних мікроорганізмів.

Основними елементами біофільтра є (рис. 9.1): огороджуючі стіни; дренажний пристрій - дірчасте дно біофільтра, на якому розміщується завантаження; завантаження, яке влаштовується із щебеню, гравію, керамзиту, шлаку, азбестоцементних листів, пластмас й інших матеріалів; суцільне дно, що розміщується під дренажем на відстані 0,6 м, завдяки чому утворюється міждонний простір; водорозподільний пристрій для розподілу стічних вод по поверхні завантаження.

На біофільтри подаються попередньо освітлені стічні води. Через декілька тижнів після включення в роботу поверхня завантаження біофільтрів покривається біоплівкою. Біоплівка, а точніше мікроорганізми, що населяють біоплівку, вилучають (адсорбують) із протікаючих по поверхні завантаження стічних вод нерозчинні домішки, які лишилися в стічних водах після освітлення, колоїдні й розчинні органічні речовини і окислюють їх киснем повітря, що надходить у пори завантаження біофільтра, отримуючи при цьому енергію для своєї життєдіяльності та пластичний матеріал для збільшення своєї маси. В результаті із стічної води видаляються органічні забруднення і у той же час збільшується маса активної біоплівки в тілі біофільтра.

Біоплівка має, як правило, товщину біля 1 мм, але може досягати 2-3 мм. При збільшенні товщини біоплівки погіршується проникання кисню до нижніх її шарів, що примикають до завантаження, де виникають анаеробні умови. Гази, що утворюються при анаеробному розкладі біоплівки, сприяють відторгненню біоплівки від матеріалу завантаження (рис. 9.2). У нормально працюючому біофільтрі відбувається безперервне відторгнення частини біоплівки, яка виноситься з очищеною стічною водою і далі затримується у вторинних відстійниках. На місці відторгнутої з’являється нова біоплівка, завдяки чому біофільтр постійно знаходиться в робочому стані.

Біоплівка являє собою складний просторово зорієнтований за висотою біофільтра біоценоз, видовий склад якого визначається технологічними параметрами процесу біофільтрування, складом і властивостями очищуваних

216

стічних вод, а також зміною в них за висотою біофільтра концентрацій кисню й органічних речовин.

Рис. 9.1. Схеми біологічних фільтрів:

а) - із спринклерними зрошувачами і природною вентиляцією; б) - із обертовими реактивними зрошувачами і штучною вентиляцією; 1 - огороджуючі стіни; 2 - завантаження; 3 - водорозподільний пристрій; 4 - дренажний пристрій; 5 - отвори для природної вентиляції завантаження; 6 - суцільне дно; 7 - відвідні лотки; 8 - дозувальний бак; 9 - гідрозатвор; 10 - вентилятор

217

Рис. 9.2. Схема обміну речовин в елементарному шарі біофільтра: 1 - матеріал завантаження; 2 - ана-еробна зона біоплівки; 3 - аеробна зона біоплівки; 4 - стічна вода; 5 - повітря

Основна маса забруднень вилучається із стічних вод у верхньому шарі завантаження біофільтрів висотою до 0,5 м, де в очищуваних стічних водах ще найбільший вміст органічних речовин. Головну роль при цьому відіграють бактерії Pseudomonas, Zoogloea, Sphaerotilus, Chromobacter й ін. Поряд із бак-

теріями у верхній зоні інтенсивно розвиваються гриби, нитчасті бактерії, безбарвні джгутикові - тобто організми, здатні інтенсивно поглинати з води органічні речовини. Гриби в біоплівці можуть складати значну частину (до 30 %) біомаси. Надмірний розвиток грибів і нитчастих бактерій у верхньому шарі може перешкоджати проходженню стічної води через завантаження, погіршувати надходження повітря в біофільтр. Із простіших у верхньому шарі завантаження часто зустрічаються Paramecium caudatum, P. putrinum, Colpidium colpoda. Поверхня біофільтра часто покривається шаром водоростей, які з потоком води можуть попадати і в нижчі шари завантаження. У верхній зоні біофільтра приріст біомаси найбільший, однак у видовому складі він не дуже різноманітний.

У середній зоні завантаження біофільтра із зниженням вмісту в стічних водах органічних речовин зменшується чисельність гетеротрофів - грибів і бактерій, особливо нитчастих. Із простіших переважають рівновійчасті й черевновійчасті інфузорії, починають з’являтися кругловійчасті інфузорії та коловертки.

Нижня зона завантаження біофільтра характеризується великим різноманіттям організмів при їх малій чисельності та біомасі. У бактеріальному населенні переважають бактерії-нітрифікатори Nitrosomonas і Nitrobacter. Найпростіші представлені, головним чином, черевно- і круговійчастими інфузоріями. У великій кількості розвивається небактеріальне населення біоплівки - круглі і малощетинкові хробаки, які живляться біоплівкою, що змивається з верхніх шарів завантаження. Мінералізуючи біоплівку, хробаки запобігають

218

замуленню завантаження, однак при масовому розвитку вони самі перешкоджають протіканню води через біофільтр. Важливу роль хробаки відіграють і в забезпеченні доступу кисню до глибоких шарів біоплівки, оскільки, прориваючи ходи в біоплівці, вони роблять її пористою.

Особливістю мікронаселення біофільтрів є сезонні коливання його видового складу. У літній період у мікрофлорі верхнього шару переважають зооглейоутворюючі бактерії, восени їх частково витісняють гриби, в тому числі представники роду Fusarium, взимку з’являється гриб Leptomitus lacteus. У певні періоди року в завантаженні у великій кількості розвиваються досить зажерливі личинки й лялечки комах. Поїдаючи біоплівку, вони, як і хробаки, мінералізують її, одночасно зменшуючи й кількість простіших.

Представники біоценозів біоплівки пов’язані між собою харчовими відносинами. Перший трофічний рівень у харчовому ланцюжку в біофільтрах займають гетеротрофні бактерії й гриби. На другому рівні знаходяться найпростіші, коловертки і нематоди, на третьому рівні знаходяться хробаки, личинки й лялечки комах, можуть розвиватися водні кліщі та нижчі ракоподібні.

Схема біохімічних процесів, що відбуваються в біофільтрі при очистці стічних вод, зображена на рисунку 9.3.

9.1.2. Технологічні параметри роботи біофільтрів

Для біофільтра, як і для будь-якого іншого типу біохімічного реактора, важливо знати кількість мікроорганізмів, які приймають участь у процесі очистки. Вагову кількість біоплівки, яка вкриває поверхню завантаження біофільтра, встановити практично неможливо. Але в будь-якому випадку маса біоплівки буде тим більшою, чим більша висота біофільтра і чим більша площа поверхні завантаження біофільтра. Для адсорбційних процесів, які відіграють дуже важливу роль при біологічній очистці стічних вод на біофільтрах, необхідно знати площу поверхні біоплівки, яка знову ж таки буде пропорційною площі поверхні завантаження біофільтра. Очевидно, що для різних матеріалів завантаження площа його поверхні в тілі біофільтра буде різною. Тому на практиці для характеристики маси й площі поверхні біоплівки користуються показником питомої поверхні завантаження.

Питома поверхня завантаження - це площа поверхні 1 м3 заванта-

ження біофільтра, виражена в м2.

Питома поверхня завантаження, а значить і сумарна площа поверхні біоплівки, в залежності від матеріалу завантаження змінюється в межах 50350 м2/м3 і може досягати навіть 1000 м2 на 1 м3 об’єму завантаження. Тому в біохімічних процесах у біофільтрах приймає участь велика кількість мікроор-

219

ганізмів (біомаси), і тривалість процесу очистки (до 20-60 хв) значно менша, ніж в аеротенках.

Рис. 9.3. Схема біохімічних процесів в класичних біофільтрах [1]

Вентиляція біофільтрів необхідна для постачання киснем повітря аеробних мікроорганізмів біоплівки, а також для видалення з товщі завантаження вуглекислоти, яка утворюється в процесі їх життєдіяльності. На практиці застосовують природну вентиляцію й штучну, коли повітря в завантаження подається за допомогою вентиляторів. В обох випадках важливою є

220