В последние годы получил достаточно широкое распространение термин «доочистка» сточных вод. Под доочисткой подразумеваются методы и процессы, дополняющие традиционные технологические схемы очистки сточных вод данного состава.
В последние годы получил достаточно широкое распространение термин «доочистка» сточных вод. Под доочисткой подразумеваются методы и процессы, дополняющие традиционные технологические схемы очистки сточных вод данного состава.
При доочистке городских сточных вод чаще всего приходится сталкиваться с необходимостью обработки больших количеств воды. Поэтому для доочистки стремятся использовать в первую очередь такие фильтровальные устройства и сооружения, которые не требуют для своей работы больших давлений, а именно: микрофильтры и самотечные фильтры с зернистой загрузкой.
При доочистке сточных вод на песчаных фильтрах в качестве вспомогательного устройства, предназначенного для выделения крупных примесей, применяются барабанные сетки, устанавливаемые перед зернистыми фильтрами. Барабанные сетки и микрофильтры имеют сходную конструкцию и объединяются в один общий тип устройств, именуемых сетчатыми барабанными фильтрами.
В основу конструкции этих установок были положены модернизированные сетчатые барабанные фильтры, разработанные для очистки поверхностных вод. При модернизации оборудования были учтены недостатки первых отечественных конструкций сетчатых барабанных устройств. В отличие от старых в новых устройствах барабан выполнен без промежуточных опор на общем неразъемном валу, что повысило его жесткость; предусмотрена возможность разборки барабана в продольном направлении; часть крепежных деталей, промывное устройство и ряд других элементов предусмотрены из нержавеющих материалов; усилены конструкции отдельных узлов и т. д.
Во избежание разрыва сеток от чрезмерного перепада давления воды на них уровень воды в камере с сетчатым барабанным фильтром должен быть стабилизирован. Это достигается с помощью переливной стенки, устанавливаемой обычно в торцовой части камеры. Для возможности использования переливной стенки, а также и для измерения расхода воды, проходящего через барабанный фильтр, верхняя ее часть выполняется в виде водослива с тонкой стенкой.
При фильтровании биологически очищенной сточной жидкости происходит снижение содержания взвешенных веществ путем изъятия частиц активного ила и накопления их в фильтрующей загрузке. Этот процесс близок к тем процессам, которые характерны для фильтров систем водоснабжения.
Первоначально делались попытки использовать для целей доочистки обычные скорые фильтры, широко применяемые в технологии очистки питьевых вод (рис. 5).Основное назначение поверхностной промывки состоит в том, чтобы разрыхлить верхний, наиболее заиленный и сцементированный загрязнениями слой загрузки; она используется в качестве подготовительного этапа перед водяной промывкой в восходящем потоке воды. Подобная промывка дает несколько лучший эффект, чем промывка водой снизу, но она не позволяет обеспечить высокий эффект отмывки глубинных слоев загрузки. Недостатком поверхностной промывки является необходимость обязательного устройства фильтра в здании, поскольку система верхней промывки действует периодически и в зимний период времени может замерзать.
В ряде случаев может оказаться экономически выгодной установка барабанных сеток до насосов, подающих воду на доочистку. В этом случае, однако, необходимо предупредить возможность загрязнения воды крупными примесями после сеток.
За рубежом доочистка сточных вод фильтрованием развивалась преимущественно в тех странах, где при сравнительно высоком уровне развития промышленности имелся недостаток в воде.Одной из первых станций доочистки сточных вод является станция Ист-Хайд г. Лутона (Англия). Сточные воды, очищенные на биофильтрах после вторичных отстойников, разделяются на два потока, один из которых проходит через микрофильтры, а другой — через скорые песчаные фильтры. Блок микрофильтров рассчитан на пропуск расхода до 13,5 тыс. м3/сут. Размер ячеек сетки на разных микрофильтрах был принят различным — 23, 35 и 65 мк.
Для доочистки биологически очищенных сточных вод могут быть применены аэробные биологические пруды, в которых процессы разрушения остаточных загрязнений сточных вод основаны на принципах самоочищения водоемов. Ведущая роль в процессах окисления органических веществ, происходящих в биологических прудах, принадлежит симбиотическому взаимодействию бактерий и водорослей.
При отсутствии перемешивания необходимая фото-синтетическая аэрация может быть обеспечена в прудах небольшой глубины (0,3—1 м). При большей глубине возможна значительная стратификация температуры и растворенного кислорода.
Величина К = (Ь-т-7)Ки т. е. в 5—7 раз больше константы скорости потребления кислорода, определенной в лабораторных условиях и скорректированной по формуле (13) на фактическую температуру.Если пруд состоит из ряда последовательно работающих секций неравного объема, то расчет следует производить последовательно от секции к секции, принимая, что БПК воды, выходящей из предыдущей секции, будет соответствовать БПК воды, поступающей в последующую секцию. Как указывалось выше, величина К , а следовательно и а, при переходе воды с одной секции на другую постоянно убывает.
В очистке сточных вод в основном используются процессы пенной флотации, основанные на способности гидрофобных частиц прилипать к пузырькам газа (воздуха) и всплывать на поверхность с образованием пены. Отличительной особенностью флотации является большая скорость всплывания сфлотированных загрязнений с одновременной высокой степенью концентрации их в пенном продукте. Метод флотации достаточно широко применяется при очистке производственных сточных вод с целью выделения специфических загрязнений, таких, как жиры, нефть, нефтепродукты, бумажное волокно и др. В последние годы область применения процессов пенной флотации значительно расширилась. Эти процессы используются для разделения иловой смеси (взамен вторичного отстаивания), уплотнения избыточного активного ила и для доочистки сточных вод. В последнем случае флотация используется для удаления ПАВ и остаточных загрязнений — преимущественно взвешенных веществ (в случае предварительной коагуляции— скоагулированной взвеси). Процесс извлечения нерастворенных загрязнений, в том числе коллоидов, обычно называют пенной флотацией, а выделение из растворов ионов и молекул растворенных веществ путем адсорбции их на поверхности раздела жидкость — газ (например, ПАВ)—пенной сепарацией или пенным фракционированием. Применительно к выделению загрязнений из сточных вод такое разделение приемов флотации очень условно, так как сточные воды представляют собой сложную гетерогенную систему. Поэтому в любом флотационном процессе происходит в той или иной мере извлечение ионов, молекул, коллоидов и взвешенных веществ.
Адсорбция загрязнений, содержащихся в сточных водах, протекает в три последовательные стадии: 1) внешняя диффузия молекул органических веществ через жидкостную пленку, окружающую частицы адсорбента, к его поверхности, осуществляемая за счет броуновской диффузии или при перемешивании жидкости за счет турбулентной диффузии; 2) внутренняя диффузия молекул по макропорам к поверхности микропор, скорость которой определяется строением адсорбента и размером молекул сорбируемого вещества; 3) собственно адсорбция молекул растворенного вещества (сорбата).
Для удаления из сточных вод остаточных растворенных загрязнений могут найти применение различные сильные окислители — озон, хлор, двуокись хлора, перманганат калия и др.В последние годы в результате создания мощных и достаточно экономичных генераторов озона, а также благодаря накоплению опыта его применения в процессах подготовки воды для питьевых целей стала интенсивно изучаться возможность и целесообразность использования озона для очистки и доочистки сточных вод. В настоящее время имеются уже промышленные установки для очистки некоторых видов сточных вод.
При выпуске очищенных сточных вод в замкнутые и малопроточные водоемы, а также при повторном их использовании в техническом водоснабжении возникает необходимость удаления из сточных вод соединений фосфора и азота для предупреждения эвтрофикации водоемов (массового развития водорослей), а также интенсивного биологического обрастания трубопроводов и оборудования. Эта проблема относится в первую очередь к бытовым или городским сточным водам, в которых после биологической очистки соединения фосфора и азота содержатся преимущественно в растворенной и легкоусвояемой форме (в виде ортофосфатов, аммонийных солей, нитритов и нитратов). Источниками подобного типа загрязнений бытовых вод являются продукты жизнедеятельности человека и синтетические моющие средства, в составе которых содержание полифосфатов может доходить до 30—50%.
Известно, что для нормального протекания процессов биологической очистки сточных вод обязательно наличие фосфора, как одного из основных питательных веществ микроорганизмов активного ила. Изъятие фосфора из сточных вод обусловливается жизнедеятельностью микроорганизмов активного ила и их размножением. Установлено, что на эффект удаления фосфора в процессе биологической очистки сточных вод оказывают влияние условия работы аэротенков, в частности доза активного ила, нагрузка по БПК, концентрация растворенного кислорода, реакция среды (pH). В аэротенках, работающих со средними нагрузками на активный ил (200— 500 мг БПК на 1 г беззольного вещества ила в сутки), удаление фосфора составляет 20—40%, в высоконагру-жаемых процессах оно повышается до 70—80%, а в аэротенках с продленной аэрацией падает до 10%. На биофильтрах фосфор удаляется на 5—20%.
До настоящего времени практическое применение методов удаления из сточных вод соединений азота крайне ограничено из-за больших осложнений при создании эффективных и экономически приемлемых решений.Практически нашел применение метод десорбции аммиака, заимствованный из химической технологии, и метод микробиальной нитрификации и денитрификации.
Применение на стадии доочистки биологически очищенных сточных вод комбинации описанных выше методов позволяет добиться почти полного восстановления качества исходной воды. Примерами такого практического применения являются очистные станции у городов Южное оз. Тахо (США) и Виндхук (Намибия). Ряд станций находится в стадии строительства и проектирования.
Острый дефицит пресной воды определил необходимость максимального изъятия загрязнений из городских сточных вод, которые в соотношении 1:2с водой источника полностью используются в системе питьевого водоснабжения города.
На Южном побережье Тихого океана в округе Оранж (Калифорния) построена и вводится в эксплуатацию станция «восстановления качества воды» («Фабрика воды XXI века»). Эта станция названа так потому, что ее считают прототипом очистных канализационных станций ближайшего будущего, которые должны обеспечить возможность многократного использования воды для любых целей. По существу, эта станция повторяет первый демонстрационный (экспериментальный) объект — очистную станцию у г. Южное оз. Тахо.