Аэротенк продленной аэрации. Четырехкоридорные аэротенки

Аэротенк – это сооружения прямоугольной формы, через которое протекают сточные воды, перемешанные с активным илом. В этой ёмкости выполняется биохимическая очистка сточных вод. Аэротенк-отстойник обязательно укомплектовывается аэратором (механическим или пневматическим). Благодаря аэрационной системе стоки с активным илом насыщаются кислородом, который жизненно важен для аэробных микроорганизмов. Данная схема биологической очистки реализуется только в условиях достаточного насыщения стоков активным илом, а также при непрерывном поступлении кислорода. Только в таких условиях обеспечивается активное биохимическое окисление органики, что гарантирует высокую эффективность сооружений биологической очистки.

Аэротенки бывают нескольких видов в зависимости от того, какие технологические схемы очистки в них предусмотрены. Так, выделяют следующие виды сооружений биологической очистки:

1. Вытеснители . Это сооружения, схема работы которых основана на подаче сточных вод с одной стороны и выходе очищенных стоков с противоположной стороны.
2. Смесители . В этих сооружениях подача сточных вод и выход очищенной жидкости выполняются одновременно.
3. Конструкции, в которых происходит рассредоточенное вливание воды . При этом схема предусматривает, что загрязнённая среда входит в сооружение с нескольких точек, собирается в одном резервуаре и после очистки выходит через одно отверстие.
4. Аэротенк с неравномерным рассредоточением жидкости . В таких конструкциях вход загрязнённой воды происходит с нескольких точек. Через определённое время после очищения жидкость также выводится в грунт по нескольким выходным патрубкам.

На фото ниже представлены основные виды аэротенков: на первой схеме изображены вытеснители, на второй – смесители, третья схема на фото показывает принцип работы сооружений с рассредоточением.

Эффективность работы

Как вы уже поняли, для эффективной работы аэротенка нужен активный ил. На его образование, жизнеспособность, а также уровень биологической очистки существенное влияние оказывает температура, наличие питательной среды, концентрация кислорода в иловой массе, кислотность среды, наличие токсинов. Также для удовлетворительной работы важен технологический режим, в котором работает аэротенк-отстойник, а именно:

• Необходимо соблюдать основные соотношения между степенью загрязнённости сточных вод и количеством активного ила. Если доза ила будет меньше, то возрастает нагрузка и снижается качество очищения. Если доза ила будет больше, чем надо, то осложняется процесс отделения ила от воды во вторичном отстойнике.
• Ещё одно основное условие, которое надо строго соблюдать, – это время контакта загрязнённой жидкости с илом, то есть время пребывания в отстойнике.
• Не менее важно, чтобы количество кислорода в системе было достаточным.

Важно: нагрузка на ил – это тот объём загрязнений, который должен переработать ил в сточных водах. Окислительная способность ила зависит от дозы сухого вещества в одном литре жидкости. В разных конструкциях аэротенков используется разная дозировка ила. Обычно она составляет 1-20 гр. на литр.

Особенности и отличия от септика

Как вы уже поняли, аэротенк-отстойник – это сооружение биологической очистки, которое нуждается в непрерывной подаче воздуха. Благодаря этому окисление органических составляющих сточных вод проходит быстрее и качественней. При использовании такой схемы очищения образуется очищенная вода, которую можно использовать для полива огорода, а также для различных технических целей. Кроме этого, активный ил с успехом используется для удобрения полей и огородов. Сбор очищенных сточных вод происходит во втором отстойнике.

Не стоит путать обычный септик, укомплектованный биофильтром, и аэротенк. Основные отличия между ними состоят в следующем:

• Для закачивания воздуха в аэротенк нужен компрессор, который работает от электричества. Поэтому этот вид сооружений можно назвать энергозависимыми.
• В биофильтр сточные воды попадают небольшими порциями, а аэротенк наполняется стоками на весь объём.
• Схема очищения загрязнённых вод в биофильтре очень напоминает принципы биологической очистки в почве. Однако в септике сточные воды очищаются быстрее и на меньших площадях. В аэротенке используется такая же схема очистки, однако скорость протекания всех процессов намного выше. Такая высокая скорость биологической очистки достигается благодаря использованию аэратора и насыщению кислородом.

Принцип деятельности

Основные принципы работы аэротенка отличаются от септика и выглядят следующим образом:

1. Загрязнённые сточные воды поступают в центральную часть конструкции. Это первичный отстойник, который очень напоминает отстойник, используемый в двухкамерном септике.
2. После частичного очищения сточных вод они перекачиваются эрлифтом в аэротенк. Здесь они перемешиваются с активным илом, который уже присутствует в этой камере. Активный ил – это особое вещество, состоящее из остатков растений, колоний бактерий, которые участвуют в переработке органических составляющих стоков. Как правило, в активном иле обитают аэробные микроорганизмы, которые в процессе жизни нуждаются в кислороде. Доступ кислорода обеспечивается благодаря принудительной аэрации.

Важно: для закачивания воздуха используется компрессор, а для его распределения по аэротенку – система воздуховодов. При этом концентрация кислорода в очищенной воде на выходе из сооружения составляет не менее 2 мг/л. Иногда для измерения уровня кислорода используется встроенная автоматика, которая сама увеличивает подачу кислорода при снижении его концентрации в жидкости на выходе.

1. После пребывания в аэротенке стоки попадают во вторичный отстойник. При этом микроорганизмы и активный ил, осевшие на дно возвращаются в аэротенк. Время пребывания ила во вторичном отстойнике ограничено, поскольку для обратного перекачивания используется специальный насос.
2. Во вторичном отстойнике вода находится достаточное время для того, чтобы пройти завершающую стадию очищения.

Поскольку в процессе жизнедеятельности бактерий они постоянно размножаются, их количество за некоторое время не сокращается, а только увеличивается. Это способствует тому, что эффективность очистки в ходе эксплуатации аэротенка только увеличивается.

Сооружения биологической очистки могут быть выполнены в виде одной ёмкости, которая разделена внутри на отдельные отсеки, или в виде многокамерной конструкции из отдельных блоков. Обычно при использовании многокамерной конструкции оборудуют вторичные отстойники для сбора ила с последующим выводом очищенной воды в дренажные канавы или в накопительные резервуары, откуда жидкость будет использоваться для полива огорода. При этом объём воды, попадающей во вторичный отстойник, не должен быть больше 8-10 литров в секунду.

Аэротенки, которые состоят из трёх сооружений в виде первичного отстойника, аэротенка и вторичного отстойника, обеспечивают более качественную очистку воды. Однако такие конструкции нуждаются в сложном уходе.

Для работы аэротенка нужны следующие ресурсы:

• Электричество с напряжением 220 В. В зависимости от модификации может потребляться от 80 Вт. Для эффективной работы сооружения не должно быть перебоев в подаче электроэнергии.
• Аэробные микроорганизмы.

Преимущества и недостатки

К преимуществам аэротенков можно отнести такие моменты:

1. Вся конструкция очень компактная, что позволяет выполнить установку даже на небольшом участке.
2. Поскольку в ходе жизнедеятельности аэробов не выделяются газы, от сооружения совершенно нет неприятного запаха.
3. Такую конструкцию не нужно утеплять на зиму, поскольку при переработке органических отходов выделяется большое количество энергии, что позволяет даже зимой поддерживать нужную температуру внутри конструкции.

Однако у таких изделий есть и свои недостатки:

1. Без электроэнергии не может быть обеспечен достаточный уровень очистки. Поскольку компрессор не будет работать, произойдёт гибель бактерий и активного ила.
2. Высокая цена на заводские изделия.
3. Сложное оборудование, использующееся в работе аэротенка, нуждается в постоянном контроле.
4. Если длительное время не пользоваться канализацией, то питательной среды для бактерий не будет, и они погибнут.

Важно: при работающем компрессоре и отсутствии поступления сточных вод активный ил сохраняет свою жизнеспособность на протяжении 3-х месяцев. Если будет отключено и электричество, то через три месяца ил погибнет.

Чтобы предотвратить гибель активного ила, в конструкцию аэротенка заливается смесь сухого активного ила с водой. Это нужно делать раз в месяц. Если же по каким-то причинам ил погиб, то придётся осуществлять повторный запуск аэротенка. Для этого делают следующее:

• Освобождают аэротенк от погибшего ила. Для этого его нужно промыть водой.
• Живой активный ил можно взять в другом аэротенке. Чтобы с этим не было проблем, необходимо подписать договор техобслуживания аэротенка при его покупке.

Установка

Обычно установку аэротенка производят специалисты той фирмы, где вы приобретали оборудование. Поскольку требования к монтажу могут незначительно отличаться у разных моделей, перед установкой изделия необходимо внимательно прочитать инструкцию, где даются подробные указания по монтажу.

Установка заводского изделия обычно выполняется в несколько этапов:

1. Роется котлован, исходя из габаритов изделия. Обычно его размеры равны 180х180х260 см.
2. На дне ямы делается песчаная подушка высотой 15 см.
3. Опускаем конструкцию в котлован.
4. Перед тем, как выполнять обратную засыпку, в аэротенк заливается вода. При этом заливку воды делают постепенно по мере засыпания. Уровень воды всё время должен быть выше уровня засыпки на 15-20см. Это нужно для того, чтобы давление грунта не повредило стенки конструкции. Засыпку делаем до уровня расположения патрубков для крепления коммуникаций.
5. Подключаем к аэротенку коммуникации.
6. Выполняем установку компрессора.
7. Подключаем электричество.
8. Завершаем обратную засыпку и трамбуем грунт.

Аэрационные установки на полное окисление

(аэротенки с продленной аэрацией)

6.166. Аэрационные установки на полное окисление следует применять для биологической очистки сточных вод. Перед подачей сточных вод на установку необходимо предусматривать задержание крупных механических примесей. 6.167. Продолжительность аэрации в аэротенках на полное окисление следует определять по формуле (48), при этом надлежит принимать: - среднюю скорость окисления по - 6 мг/(г · ч); - дозу ила - 3-4 г/л; - зольность ила - 0,35. Удельный расход воздуха следует определять по формуле (61), при этом надлежит принимать: - удельный расход кислорода, мг/мг снятой , - 1,25; - по данным, приведенным в п. 6.157. 6.168. Продолжительность пребывания сточных вод в зоне отстаивания при максимальном притоке должна составлять не менее 1,5 ч. 6.169. Количество избыточного активного ила следует принимать 0,35 кг на 1 кг . Удаление избыточного ила допускается предусматривать как из отстойника, так и из аэротенка при достижении дозы ила 5-6 г/л. Влажность ила, удаляемого из отстойника, равна 98%, из аэротенка - 99,4%. 6.170. Нагрузку на иловые площадки следует принимать как для осадков, сброженных в мезофильных условиях.

Циркуляционные окислительные каналы

6.171. Циркуляционные окислительные каналы (ЦОК) следует предусматривать для биологической очистки сточных вод в районах с расчетной зимней температурой наиболее холодного периода не ниже минус 25 °С. 6.172. Продолжительность аэрации надлежит определять по формуле (48), при этом следует принимать -среднюю скорость окисления по 6 мг/(г · ч). 6.173. Для циркуляционных окислительных каналов следует принимать: форму канала в плане О-образной; глубину - около 1 м; количество избыточного активного ила - 0,4 кг на 1 кг ; удельный расход кислорода - 1,25 мг на 1 мг снятой . 6.174. Аэрацию сточных вод в окислительных каналах следует предусматривать механическими аэраторами, устанавливаемыми в начале прямого участка канала. Размеры аэраторов и параметры их работы надлежит принимать по паспортным данным в зависимости от производительности по кислороду и скорости воды в канале. 6.175. Скорость течения воды в канале , м/с, создаваемую аэратором, надлежит определять по формуле

, (68)

Где - импульс давления аэратора, принимаемый по характеристике аэратора; - длина аэратора, м; - площадь живого сечения канала, м; - коэффициент шероховатости; для бетонных стенок = 0,014; - гидравлический радиус, м; - длина канала, м; - сумма коэффициентов местных сопротивлений; для О-образного канала = 0,5. Длину аэратора необходимо принимать не менее ширины канала по дну и не более ширины канала по зеркалу воды, число аэраторов - не менее двух. 6.176. Выпуск смеси сточных вод с активным илом из циркуляционных каналов во вторичный отстойник следует предусматривать самотеком, продолжительность пребывания сточных вод во вторичном отстойнике по максимальному расходу - 1,5 ч. 6.177. Из вторичного отстойника следует предусматривать непрерывную подачу возвратного активного ила в канал, подачу избыточного ила на иловые площадки - периодически. 6.178. Иловые площадки следует рассчитывать исходя из нагрузок для осадка, сброженного в мезофильных условиях.

Поля фильтрации

6.179. Поля фильтрации для полной биологической очистки сточных вод надлежит предусматривать, как правило, на песках, супесях и легких суглинках. Продолжительность отстаивания сточных вод перед поступлением их на поля фильтрации следует принимать не менее 30 мин. 6.180. Площадки для полей фильтрации необходимо выбирать: со спокойным и слабовыраженным рельефом с уклоном до 0,02; с расположением ниже течения грунтового потока от сооружений для забора подземных вод на расстоянии, равном величине радиуса депрессионной воронки, но не менее 200 м для легких суглинков, 300 м - для супесей и 500 м - для песков. При расположении полей фильтрации выше по течению грунтового потока расстояние их до сооружений для забора подземных вод следует принимать с учетом гидрогеологических условий и требований санитарной охраны источника водоснабжения. На территориях, граничащих с местами выклинивания водоносных горизонтов, а также при наличии трещиноватых пород и карстов, на перекрытых водоупорным слоем, размещение полей фильтрации не допускается. 6.181. Нагрузку сточных вод на поля фильтрации надлежит принимать на основании данных опыта эксплуатации полей фильтрации, находящихся в аналогичных условиях. Нагрузку бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод допускается принимать по табл. 47.

Таблица 47

		Нагрузка сточных вод, м/(га · сут), при залегании грунтовых вод на глубине, м
Легкие суглинки
	Св. 3,5 до 6
	Св. 3,5 до 6
	Св. 3,5 до 6
Примечания: 1. Нагрузка указана для районов со среднегодовым количеством атмосферных осадков от 300 до 500 мм. 2. Нагрузку необходимо уменьшать для районов со среднегодовым количеством атмосферных осадков: 500-700 мм - на 15-25%; свыше 700 мм, а также для I климатического района и IIIА климатического подрайона - на 25-30%, при этом больший процент снижения нагрузки надлежит принимать при легких суглинистых, а меньший - при песчаных грунтах.

6.182. Площадь полей фильтрации в необходимых случаях надлежит проверять на намораживание сточных вод. Продолжительность намораживания следует принимать равной числу дней со среднесуточной температурой воздуха ниже минус 10 °С. Величину фильтрации сточных вод в период их намораживания необходимо определять с уменьшением на величину коэффициента, приведенного в табл. 48.

Таблица 48

	Коэффициент снижения величины фильтрации в период намораживания
Легкие суглинки

6.183. Необходимо предусматривать резервные карты, площадь которых должна быть обоснована в каждом отдельном случае и не должна превышать полезной площади полей фильтрации, %:

#G1 в III и IV климатических районах - 10;

во II климатическом районе - 20;

6.184. Дополнительную площадь для устройства сетей, дорог, оградительных валиков, древесных насаждений допускается принимать в размере до 25% при площади полей фильтрации свыше 1000 га и до 35% при площади их 1000 га и менее. 6.185. Размеры карт полей фильтрации надлежит определять в зависимости от рельефа местности, общей рабочей площади полей, способа обработки почвы. При обработке тракторами площадь одной карты должна быть не менее 1,5 га. Отношение ширины карты к длине следует принимать от 1:2 до 1:4; при обосновании допускается увеличение длины карты. 6.186. На картах полей фильтрации, предназначенных для намораживания сточных вод, следует предусматривать выпуски талых вод на резервные карты. 6.187. Устройство дренажа (открытого или закрытого) на полях фильтрации обязательно при залегании грунтовых вод на глубине менее 1,5 м от поверхности карт независимо от характера грунта, а также и при большей глубине залегания грунтовых вод, при неблагоприятных фильтрационных свойствах грунтов, когда одни осушительные канавы (без устройства закрытого дренажа) не обеспечивают необходимого понижения уровня грунтовых вод. 6.188. При полях фильтрации надлежит предусматривать душевую, помещения для сушки спецодежды, для отдыха и приема пищи. На каждые 75-100 га площади полей фильтрации следует предусматривать будки для обогрева обслуживающего персонала.

Поля подземной фильтрации

6.189. Поля подземной фильтрации следует применять в песчаных и супесчаных грунтах, при расположении оросительных труб выше уровня грунтовых вод не менее чем на 1 м и заглублении их не более 1,8 м и не менее 0,5 м от поверхности земли. Оросительные трубы рекомендуется укладывать на слой подсыпки толщиной 20-50 см из гравия, мелкого хорошо спекшегося котельного шлака, щебня или крупнозернистого песка. Перед полями подземной фильтрации надлежит предусматривать установку септиков. 6.190. Общая длина оросительных труб определяется по нагрузке в соответствии с табл. 49. Длину отдельных оросителей следует принимать не более 20 м.

Таблица 49

	Среднегодовая температура воздуха, °С	Нагрузка, л/сут на 1 м оросительных труб полей подземной фильтрации, в зависимости от глубины наивысшего уровня грунтовых вод от лотка, м
	От 6,1 до 11
	От 6,1 до 11
Примечания: 1. Нагрузка указана для районов со среднегодовым количеством атмосферных осадков до 500 мм. 2. Нагрузку необходимо уменьшать: для районов со среднегодовым количеством осадков 500-600 мм - на 10-20%, свыше 600 мм - на 20-30%; для I климатического района и IIIА климатического подрайона - на 15%. При этом больший процент снижения надлежит принимать при супесчаных грунтах, меньший - при песчаных. 3. При наличии крупнозернистой подсыпки толщиной 20-50 см нагрузку следует принимать с коэффициентом 1,2-1,5. 4. При удельном водоотведении свыше 150 л/сут на одного жителя или для объектов сезонного действия нормы нагрузок следует увеличивать на 20%.

6.191. Для притока воздуха следует предусматривать на концах оросительных труб стояки диаметром 100 мм, возвышающиеся на 0,5 м над уровнем земли.

Песчано-гравийные фильтры

и фильтрующие траншеи

6.192. Песчано-гравийные фильтры и фильтрующие траншеи при количестве сточных вод не более 15 м/сут следует проектировать в водонепроницаемых и слабофильтрующих грунтах при наивысшем уровне грунтовых вод на 1 м ниже лотка отводящей дрены. Перед сооружениями необходимо предусматривать установку септиков. Очищенную воду следует или собирать в накопители (с целью использования ее на орошение), или сбрасывать в водные объекты с соблюдением "Правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами" и "Правил санитарной охраны прибрежных вод морей". Расчетную длину фильтрующих траншей следует принимать в зависимости от расхода сточных вод и нагрузки на оросительные трубы, но не более 30 м, ширину траншеи понизу - не менее 0,5 м. 6.193. Песчано-гравийные фильтры надлежит проектировать в одну или две ступени. В качестве загрузочного материала одноступенчатых фильтров следует принимать крупно- и среднезернистый песок и другие материалы. Загрузочным материалом в первой ступени двухступенчатого фильтра могут быть гравий, щебень, котельный шлак и другие материалы крупностью, принимаемой согласно п. 6.122, во второй ступени - аналогично одноступенчатому фильтру. В фильтрующих траншеях в качестве загрузочного материала следует принимать крупно- и среднезернистый песок и другие материалы. 6.194. Нагрузку на оросительные трубы песчано-гравийных фильтров и фильтрующих траншей, а также толщину слоя загрузки следует принимать по табл. 50.

Таблица 50

#G0Сооружение	Высота слоя загрузки, м	Нагрузка на оросительные трубы, л/(м · сут)
Одноступенчатый песчано-гравийный фильтр или вторая ступень двухступенчатого фильтра
Первая ступень двухступенчатого фильтра
Фильтрующая траншея
Примечания: 1. Меньшие нагрузки соответствуют меньшей высоте. 2. Нагрузки указаны для районов со среднегодовой температурой воздуха от 3 до 6 °С. 3. Для районов со среднегодовой температурой воздуха выше 6 °С нагрузку следует увеличивать на 20-30%, ниже 3 °С - уменьшать на 20-30%. 4. При удельном водоотведении свыше 150 л/(чел · сут) нагрузку следует увеличивать на 20-30%.

Аэротенки-отстойники разрабатываются в виде прямоугольных емкостей сооружений, объединяющих в себе аэротенки продленной аэрации (аэрационная часть) и вторичные отстойники вертикального типа (отстойная часть). Оба сооружения связаны между собой переливными окнами, обеспечивающими переток иловой смеси из аэрационной зоны в отстойную зону.

Режим продленной аэрации, который также называется методом полного окисления, отличается значительно большей продолжительностью пребывания сточных вод в аэротенках. Продолжительность аэрации сточных вод в продленном режиме составляет 1-3 сут. в зависимости от начальной концентрации сточных вод по БПК. Аэротенки с продленной аэрацией работают при дозах активного ила по сухому веществу 3-6 г/л в сут.

Аэротенки, работающие в режиме полного окисления, могут эксплуатироваться с удалением избыточного активного ила или без его удаления. В последнем случае избыточный активный ил выносится из вторичного отстойника, что снижает качество очистки. Поэтому для более высокой степени очистки проектом предусмотрено удаление избыточного ила из системы, тем более что низкий его прирост позволяет производить эту операцию через значительные промежутки времени.

Применение режима продленной аэрации обусловлено незначительным приростом активного ила и высокой степенью его минерализации, простотой эксплуатации, устойчивостью работы в режимах неравномерного поступления расхода сточных вод.

Рисунок 4.4 Аэротенки-отстойники: 1 - аэротенк, 2 - отстойник, 3 - трубопровод подачи сточных вод на очистку, 4 - трубопровод отвода очищенной воды, 5 - система аэрации, 6 - трубопровод циркуляционного ила, 7 - трубопровод отвода избыточного ила, 8 - воздухопровод, 9 - эрлифт, 10 - лоток, 11 - водослив зубчатый

Таблица 4.2 Исходные данные для расчета аэротенков-отстойников

Параметры	Значения параметров
Суточный расход сточных вод, м3/сут
Среднечасовой расход, м3/ч
Максимальный часовой расход, м3/ч
БПК20 поступающего стока, мг/л
То же очищенного стока, мг/л
Концентрация взвешенных веществ в очищенном стоке, мг/л
Среднегодовая температура сточных вод, °С
Доза ила в аэротенках, г/л
Иловый индекс, см3/г
Концентрация азота аммонийного в исходной воде, мг/л
То же в очищенной воде

Аэротенк

Расчет аэротенков производится по на режим продленной аэрации. Продолжительность аэрации составляет:

Типы загрязнения окружающей среды
Вопрос о воздействии человека на окружающую среду находится в центре внимания специалистов и экологов сего мира. И это не случайно, так как крупнейшие глобальные экологические про...

Исследование методики проведения санитарно-экологического состояния объекта
Курсовой проект на тему «санитарно-экологическая оценка объекта». Объектом оценки является жилое здание, которое подвергается негативному воздействию точечных и линейных источников...

Оценка степени загрязнения сточных вод
Трудно переоценить роль воды в нашей жизни. В среднем человек за сутки выпивает около 2л воды. Но задумываетесь ли Вы, какую именно воду Вы пьете?! Об этом свидетельствует тот факт...

Международные проекты с участием России
Особое значение для науки имеют данные специальных наблюдательных экспериментов, поскольку они позволяют проводить целенаправленные исследования природных явлений и физических процессов ра...

Аэротенки этого типа, как правило, выполняют коридорными с отдельно стоящими отстойниками (рис. 7). В данном случае аэоротенк разделяется на параллельно работающие секции, которые включают в себя два и более продольных коридора.

Режим вытеснения обеспечивается при отношении длины коридора к его ширине более 30. Если указанное отношение составляет 30 и менее, следует предусмотреть секционирование коридоров продольными перегородками, отстоящими от поперечных стенок на 2…5 м, на 5…6 ячеек.

Очищаемая сточная вода смешивается с активным илом и подается к аэротенку по каналу, затем поступает в секционные каналы, из которых так же по каналам поступает в коридоры. Обработанная вода собирается водосборными лотками и отводится по каналу и трубопроводу во вторичные отстойники.

Продолжительность периода аэрации, ч,

где: φ – коэффициент ингибирования продуктами распада органических веществ активного ила, л/г, (табл. 9);

а i – доза активного ила по сухому веществу, г/л, (табл.10);

Р max – максимальная скорость окисления органических веществ, мг/(г·ч) (табл. 9);

С 0 – концентрация растворенного кислорода, равная 1…2 мг/л;

s– зольность активного ила, доли единицы (табл. 9);

К 0 – константа, характеризующая влияние кислорода, мг О 2 /л (табл. 9);

L cм – величина БПК полн, определяемая с учетом разбавления сточных вод рециркуляционным расходом возвратного активного ила, мг/л;

L t – величина БПК полн очищенной сточной воды, мг/л;

К l – константа, характеризующая свойства органических веществ, мг БПК полн /л(табл. 9);

L 0 – величина БПК полн поступающей в аэротенк сточной воды, мг/л;

К р – коэффициент, учитывающий влияние продольного перемешивания на процесс очистки сточных вод: К р =1,5 при очистке стоков доL t =15 мг/л и К р =1,25 – приL t >30 мг/л.

Величина БПК полн с учетом разбавления сточных вод рециркуляционным расходом возвратного активного ила, мг/л,

(19)

здесь: r i – коэффициент рециркуляции активного ила, доли единицы, определяемый по рис. 2, в зависимости от дозы активного ила по беззольному веществу а h i и величины илового индексаiили по формуле:

Примечание: 1. Формула (18) справедлива при i<175 см 3 /г и а i £5 г/л;

2. Величина r i должна быть не менее 0,3 для отстойников с

илососами, 0,4 – с илоскребами, 0,6 – при самотечном удалении активного ила.

Доза активного ила по беззольному веществу, г/л,

Величину илового индекса следует определять экспериментально. При отсутствии экспериментальных данных допускается принимать по табл. 11 в зависимости от нагрузки по БПК полн на 1 г беззольного вещества активного ила в суткиR a , мг/(г. сут), равной:

(22)

где t р – продолжительность периода аэрации с учетом температуры сточной воды, ч,

или рассчитывать по формуле:

(23)

Рис.7. расчетная схема коридора аэротенка-вытеснителя

Таблица 9

Основные расчетные данные характеристики процесса сточных вод в аэротенках

Примечание. Для других производств указанные параметры следует принимать по данным научно-исследовательских организаций.

Таблица 10

Основные технологические характеристики аэротенков

Режим нагрузок по загрязняющим веществам	Сооружения	Продолжительность аэрации, ч	Доза активного ила по сухому веществу, г/л	Иловый индекс, см 3 /г
Низкие	Аэротенки продленной аэрации	10…30	3…12	40…80
Средние	Аэротенки обычные	6...8	2…4	50…100
Аэротенки с регенераторами	5…6	2…4	50…100
Аэротенки высокопроизводительные	3..5	3,5…8	50…100
Высокие	Аэротенки высоконагружаемые	0,4…4	1,5…10	80…200

Период аэрации с учетом температуры сточных вод, ч,

здесь: T– среднегодовая температура сточных вод, 0 С.

Концентрация возвратного активного ила, г/л,

(25)

Таблица 11

Значение илового индекса

Концентрация активного ила в иловой смеси с учетом концентрации возвратного ила и коэффициент рециркуляции, г/л,

(26)

где: С вв – концентрация взвешенных веществ в поступающих в аэротенк сточных водах, г/л;

К и =0,80…0,85.

Продолжительность периода аэрации с учетом рециркуляции возвратного активного ила, ч,

Рабочий объем аэротенка, м 3 ,

(28)

Здесь: q– расчетный расход сточных вод, м 3 /ч, принимаемый в зависимости от величины коэффициента неравномерности притока сточных вод:

· при коэффициенте неравномерности не более 1,25 – qравен среднечасовому расходу сточных вод;

· при коэффициенте неравномерности более 1,25 – qравен среднему расходу в часы максимального притока сточных вод;

N– количество аэротенков.

Рабочий объем секции аэротенка, м 3 ,

при чем, N c – количество секций в аэротенке,N c ³2.

Примечание: Количество секций в аэротенке ориентировочно рекомендуется принимать для станций производительностью до 50000 м 3 /сут равное 4…6, для станций большей производительности – 8…10.

Ширина коридора, м,

где: К b = 1…2;

h 1 – рабочая глубина аэротенка,h 1 = 3…6.

Ширина секции аэротенка, м,

здесь n– количество коридоров в секции,n= 2…4.

Длина коридоров аэротенка (рабочая длинна аэротенка), м,

Примечание: Так как, сооружения с большими габаритными размерами принято выполнять из сборного железобетона, то длина коридоров должна быть кратна 6 м и составлять 36…114 м. Если это условие не выполняется, то необходимо скорректировать ширину коридоров, их количество, количество секций или количество аэротенков.

Общее число секций в аэротенке:

(33)

здесь N c.p. – число резервных секций, определяемое из условия, что их пропускная способность должна составлять не менее 50% производительности рабочих секций, т.е.

(34)

Ширина аэротенка, м,

Полная глубина аэротенка, м,

где h 2 – высота бортов аэротенка,h 2 = 0,3…0,5 м.

Диаметр магистрального трубопровода подачи сточных вод к аэротенкам, м,

(37)

здесь v св – скорость движения воды в трубопроводе, м/с, равная при напорном движении – 3 м/с, при безнапорном движении – 0,8…1,0 м/с.

2015-03-15

В этой статье приводятся технологические параметры работы биологической очистки в аэротенках. Описываются особенности технологической схемы: высокая концентрация иловой смеси, высокий коэффициент рециркуляции активного ила. Для устранения недостатков, присущих аэротенкам-вытеснителям, проведены конструктивные изменения аэротенков: установлена новая система аэрации, устроен продольный рецикл иловой смеси в аэротенках при помощи эрлифтов.

Фото 1. Инфузории Epistylis plicatilis

Фото 2. Колония коловраток

Фото 3. Коловратка в слое ила

Контроль за процессом биологической очистки в аэротенках осуществляется в физико-химической и гидробиологической лабораториях по современным методикам анализа с использованием видеокамер и компьютеров для накопления информации о состоянии биоценоза и всех его изменениях.

В результате реконструкции достигнуты высокие результаты очистки сточных вод. Концентрация органических загрязнений после биологической очистки не превышает 3 мг/дм. Суммарная концентрация минерального азота не превышает 10 мг/дм, эффективность очистки по тяжёлым металлам составляет 94-96 %, по нефтепродуктам — 92-96 %о. Достигнутые результаты (по качеству очистки и показателям энергоэффективности) позволяют сделать вывод о целесообразности использования процесса биологической очистки в аэротенках с низкими нагрузками для достижения высокого качества очистки при низких затратах на реконструкцию сооружений биологической очистки. Затраты на реконструкцию окупаются в течение двух-трёх лет.

В цехе НиОПСВ ОАО «Минудобрения» проводится очистка сточных вод двух подмосковных городов — Егорьевска и Воскресенска. Объём сточных вод составляет в среднем 60-80 тыс. м 3 /сут. Характер поступающих загрязнений — хозяйственно-бытовой. Сточные воды имеют концентрации по взвешенным веществам в пределах 150-180 мг/дм 3 , по БПК-5 — до 160 мг/дм 3 , по ХПК — 250-350 мг/дм 3 . Очистные сооружения выполнены по классической схеме биологической очистки. Образующийся осадок, после специальной обработки, в полном объёме используется на рекультивацию промышленного полигона. Построенные 40 лет назад сооружения многократно реконструировались. В последнее десятилетие была завершена реконструкция биологической очистки в аэротенках с целью повышения качества очистки стоков и энергоэффективности процесса очистки.

Традиционные схемы биологической очистки (с использованием микроорганизмов во взвешенном состоянии в аэротенках с последующим их осаждением во вторичных отстойниках) не обеспечивают эффективную и надёжную очистку сточных вод до жёстких установленных норм допустимого сброса. Особенно большие сложности возникают при достижении норм допустимого сброса для водоёмов рыбохозяйственного значения.

Для решения задачи глубокой очистки сточных вод от органических и биогенных соединений в мировой практике разработано несколько основополагающих технологических процессов: технология SBR (с реакторами переменного действия); технология последовательного чередования аэробной, аноксидной и анаэробной зон биологической очистки в аэротенке; технология концентрирования биомассы путём сочетания в реакторах взвешенных и прикреплённых форм микроорганизмов; технология концентрирования биомассы взвешенных форм микроорганизмов с последующим их задержанием специальными мембранами.

Концентрация органических загрязнений после биологической очистки не превышает 3 мг/дм. Суммарная концентрация минерального азота не превышает 10 мг/дм, эффективность очистки по тяжёлым металлам составляет 94-96 %, по нефтепродуктам — 92-96 %

Технология SBR предполагает последовательное проведение в одном реакторе в периодическом режиме, в течение его работы чередования аэробных и анаэробных процессов. Данная технология весьма дорога и требует сложнейшей системы исполнительных механизмов для выполнения команд системы управления процессом. Циклично-переменные кислородные условия жизнедеятельности микроорганизмов в таком реакторе, в связи с адаптационным фактором, тормозят скорость биохимических реакций и увеличивают время, необходимое для прохождения реакции. Это увеличивает размер реактора.

Технология последовательного чередования анаэробной, аноксидной и аэробной зон при реконструкции снижает на 30-40 % производительность биологической очистки. Многовариантная система рециклов активных илов и стоков из различных зон обработки значительно усложняет контроль за технологическим процессом и его управляемость. Увеличивается число исполнительных механизмов, установленных в малодоступных местах, значительно увеличивается объём перекачиваемого активного ила.

Технология концентрирования биомассы с использованием взвешенных и прикреплённых на инертных носителях форм микроорганизмов связана с затратами на приобретение носителей, установку этих носителей в биореакторы и значительными трудностями при ремонте аэрационных систем. Появление в иловой смеси биоплёнки с инертных носителей требует увеличения времени отстаивания иловой смеси, то есть увеличения и размеров отстойников. Технология концентрирования биомассы взвешенных форм микроорганизмов в реакторе (с последующим отделением на полимерных мембранах) связана с расходом средств на реагенты для регенерации мембран и со сложностью эксплуатации.

Однако необходимо проводить реконструкцию существующих сооружений биологической очистки с повышением эффективности очистки для снижения сброса в водоёмы органических загрязнений и биогенных элементов. Это возможно при использовании аэротенков-вытеснителей в режиме продлённой аэрации.

Процесс очистки сточных вод в аэротенке можно представить следующим образом. При поступлении осветлённых стоков в аэротенк стоки смешиваются с хлопками возвратного ила. На поверхности зооглей, составляющих хлопки ила, происходит сорбция нерастворённых и коллоидных загрязнений, которые поступают с осветлёнными стоками. Располагаясь на поверхности зооглей, которые покрыты полисахаридным гелием, бактерии в присутствии кислорода выделяют ферменты для окисления загрязнений. Часть растворённых загрязнений попадает в тело бактерий, где при помощи ферментов происходит их окисление. При окислении загрязнений ферментами бактерий возможно использование как растворённого в иловой смеси кислорода, так и нитратов. Соединения, полученные в результате ферментативного окисления, используются бактериями для размножения, то есть роста численности.

Процесс развития бактерий в аэротенке условно можно разделить на три фазы. Первая из них — это фаза логарифмического роста. В этой фазе происходит рост численности и массы бактерий на величину содержащихся в поступающих сточных водах загрязнений, за минусом массы, использованной самими бактериями на получение энергии для жизнедеятельности.

Во второй фазе (развитой биоценоз активного ила) происходит стремительное развитие микроорганизмов-хищников, которые используют массу бактерий и оставшиеся загрязнения в качестве пищи и для последующего размножения. Исчерпание запасов легко окисляемой органики переводит биоценоз активного ила в фазу эндогенного дыхания или автотрофного окисления. В этой фазе источником энергии для жизни и размножения микроорганизмов является масса микроорганизмов самого активного ила. Резко снижается количество бактерий, число хищных микроорганизмов определяется скоростью самоокисления микроорганизмов ила.

В третьей фазе начинается окисление получившихся в результате окисления неорганических соединений азота — происходит реакция нитрификации с использованием большого количества кислорода из иловой смеси. В фазе эндогенного дыхания микроорганизмов происходят процессы: формирования крупного плотного хлопка ила из зооглей бактерий, нитчатых бактерий, грибов, актиномицетов; продолжается процесс окисления органического вещества — вещества организмов биоценоза активного ила; происходит окисление неорганических форм азота в присутствии кислорода — нитрификация, восстановление в присутствии нитратов — денитрификация.

Биоценоз активного ила коридорных аэротенков, работающих в режиме низких нагрузок, с глубокой нитрификацией и денитрификацией характеризуется большим видовым разнообразием (свыше 30 видов простейших), однако без численного преобладания какого-либо вида

Для проведения этих противоположных реакций по отношению к кислороду необходимо создать условия для каждого из них. Это возможно только с помощью создания различных зон: анаэробной, аэробной и аноксидной. Хлопок ила можно рассматривать как шарообразное или эллипсоидное образование с наличием внутри него зон, куда не поступает растворённый кислород из иловой смеси, даже при значительной концентрации кислорода (4-6 мг/дм 3) в сточной воде.

Для проведения процесса очистки стоков от поступивших загрязнений, необходимо провести глубокое окисление органического вещества, которое содержится в осветлённой воде, глубокое окисление вещества бактерий активного ила. Полученные азотсодержащие вещества окислить до нитратов и восстановить до газообразного азота. Для повышения скорости реакции восстановления (денитрификации) необходимо увеличить в аэротенке аноксидную и анаэробную зону.

Увеличение проводится двумя путями:

• за счёт увеличения количества хлопков ила, что приводит к повышению концентрации ила до 5-6 мг/дм 3 ;
• за счёт увеличения размеров хлопков ила, что приводит к снижению нагрузки по БПК до 35-50 мг на грамм сухого вещества в сутки, поддержании микроорганизмов в фазе эндогенного дыхания.

Одновременно, низкие нагрузки по БПК на аэротенк позволяют проводить глубокое окисление органического вещества до 3,5 мг/дм 3 , почти до теоретически достижимых 2,5 мг/дм 3 . На основании вышеизложенных теоретических положений в аэротенках цеха НиОПСВ был организован режим работы со следующими значениями технологических параметров: нагрузка по БПК — 35-50 мг на грамм сухого вещества БПК в сутки; время аэрации — 8-12 ч; доза ила — 5-6 г/дм 3 ; концентрация растворённого кислорода — 4-6 мг/дм 3 ; коэффициент рециркуляции — 0,8-1,0; электродный потенциал в пределах -200...-250 мВ; иловый индекс — 90-130; зольность ила — 35-40 %; удельный расход воздуха на аэрацию — 6-7 м 3 на 1 м 3 стоков; удельный расход электроэнергии на аэрацию — 0,35-0,4 кВт·ч на 1000 м 3 .

В тоже время необходимо отметить недостатки коридорных аэротенков:

• неравномерность нагрузки на активный ил по длине сооружений, что ухудшает его технологические показатели;
• недостаток растворённого кислорода в начале первого коридора и избыток во второй половине второго коридора.

Для устранения этих недостатков в аэротенках был устроен продольный рецикл иловой смеси. Схема представлена на рис. 1. Рециркуляционный узел выполнен в виде водовоздушного насоса-эрлифта, который перекачивает иловую смесь из конца второго коридора в начало первого. Значение коэффициента рецикла — 2,1-2,5. В результате более длительного нахождения активного ила в аэробных условиях и ускорения оборота биомассы: возрастает окислительная способность биомассы активного ила за счёт повышения уровня ферментативной активности; повышается макротурбулентность в аэротенке — снижается размер застойных зон; снижается удельная нагрузка на активный ил; улучшается кислородный режим сооружения, без сокращения средней длины пробега, обрабатываемых сточных вод, что исключает «проскок» неокисленных загрязнений.

Это позволило добиться следующего: повысить минерализацию активного ила и снизить количество избыточного активного ила до минимального значения; повысить устойчивость биоценоза активного ила при поступлении сбросов трудно окисляемых промышленных стоков, контроль состояния ила проводился по методике биоэстимации ; стабилизировать кислородный режим в иловой смеси во время ремонта воздуходувок.

Биоценоз активного ила коридорных аэротенков, работающих в режиме низких нагрузок, с глубокой нитрификацией и денитрификацией характеризуется большим видовым разнообразием (свыше 30 видов простейших) без численного преобладания какого-либо вида. Численность нитчатых бактерий, мелких бесцветных жгутиковых, мелких форм голых и раковинных амёб незначительна. Из инфузорий преобладают брюхоресничные и прикреплённые формы.

На фото 1 представлена колония Epistylis plicatilis. Присутствие хищников положительно влияет на степень очистки воды от органических загрязнений за счёт интенсификации биологических процессов в бактериальной среде из-за поступления в неё веществ, выделяющихся из фрагментов микрофауны при их деструкции в аэротенках в фазе эндогенного дыхания. В активном иле всегда присутствуют коловратки (фото 2-3), сосущие инфузории, хищные грибы, разнообразные черви, тихоходки.

По БПК5 было достигнуто значение в 3 мг/дм 3 , соответствующее предельно допустимым сбросам (ПДС) для водоёмов рыбохозяйственного назначения (рис. 2). По величине ХПК — 30 мг/дм 3 . По минеральному азоту — 10 мг/дм 3 (рис. 3), что соответствует рекомендациям Хельсинкской комиссии (Helcom) для городов с населением более 100 тыс. жителей. Эффективность очистки по железу составила 90-92 %, очистки по тяжёлым металлам — 94-96 %, эффективность по нефтепродуктам — 92-96 %.

При работе аэротенков в режиме низких нагрузок со значением коэффициента продольного рецикла 2-3:

• достигается высокое качество очистки сточных вод, соответствующее рекомендациям Helcom без увеличения затрат на электроэнергию при эксплуатации;
• высокое качество очистки не требует больших затрат сырья, материалов;
• процесс прост в обслуживании и контроле за ним;
• реконструкция коридорных аэротенков в аэротенки, работающие в режиме с продлённой аэрацией, требует минимальных затрат (на реконструкцию системы аэрации, увеличение производительности насосов для возвратного ила, установку эрлифтов для продольного рецикла);
• снижаются затраты па оплату в бюджет за сброс загрязнений с очищенными сточными водами;
• значительно снижается количество избыточного активного ила — снижаются затраты на его обезвоживание и утилизацию;
• технологический процесс не усложняется (не требуются затраты на сложные приборы контроля, исполнительные регулирующие механизмы, не повышаются требования к квалификации обслуживающего персонала).

Такая реконструкция — реальный путь улучшения качества очистки большинства очистных сооружений районного значения. Затраты на дальнейшее повышение качества очистки по азоту и фосфору (до достижения установленных нормативов ПДС для водоёмов рыбохозяйственного назначения) оказываются слишком велики, например, для бюджета населённого пункта с численностью менее 250-300 тыс. человек.

1. Беляева Н.А., Гюнтер Л.И. К характеристике биоценозов активного ила в высоконагружаемых аэротенках и аэротенках с длительным периодом аэрации // Биологические науки, №7/1969.
2. Жмур Н.С. Управление процессом и контроль результата очистки сточных вод. - М.: Луч, 1997.
3. Жмур Н.С. Методическое руководство по гидробиологическому и бактериологическому контролю процесса биологической очистки на сооружениях с аэротенками. - М.: ООО «Акварос», 1996.
4. Никитина О.Г. Биоэстимация: контроль и регулирование процессов биологической очистки и самоочищения воды. Автореф. на соиск. уч. ст. д.б.н. - М., 2012.
5. Капитонова Г.В. Методические рекомендации, по проведению гидробиологического контроля очистки сточных вод с активным илом. - М., 2012.