2. Погружные биофильтры

Еще в 1917 г. в России была выдана "Привилегия на способ биологического очищения воды, отличающейся тем, что в бассейне с очищаемой водой повторно погружаются и поднимаются для предоставления действию воздуха железный каркас с натянутыми в нем проволоками, на которые насажены пластины из пробки, ваты или кусков ткани, или тела из легкого материала". Этот принцип работы биофильтров нашел свое техническое применение лишь в 60-х годах. Такие конструкции биофильтров получили название погружных (рис. 8).

Рис. 8. Погружные биофильтры: а - одноступенчатый погружной; б - пятиступенчатый погружной с промежуточным отстойником; 1 - подводящий лоток; 2 - резервуар; 3 - вал; 4 - диски; 5 - отводящий лоток; 6 - перепускной канал; 7 - отстойник

В ФРГ для погружных биофильтров были использованы диски диаметром от 0,65 до 3 м; при диаметре диска 3 м оптимальная частота вращения составляла 2-3 мин^-1. Большую роль играла степень погружения дисков: наибольший эффект достигался, когда их опускали в жидкость на 0,45 диаметра, т. е. оси валов находились несколько выше уровня сточных вод. При вращении валов развивающиеся на пластмассовых дисках микроорганизмы попеременно приходили в контакт с воздухом и со сточными водами, благодаря чему создавались хорошие условия жизнедеятельности биопленки. Предложена также конструкция агрегата, смонтированного на автоприцепе, что позволяет доставлять установку в любое место, быстро ее монтировать и демонтировать.

Хартман изучал работу погружных биофильтров для очистки различных производственных и бытовых сточных вод в Штутгарте и Цюрихе. В этих биофильтрах пакеты пластмассовых дисков (по 30-180 дисков в каждом пакете) укреплялись на валу на расстоянии 15 мм друг от друга. Диски до половины погружались в лоток, через который пропускались сточные воды. На дисках, вращающихся с частотой до 1,5 мин^-1, развивалась биопленка, аналогичная по составу пленке биофильтров. Такие биофильтры малочувствительны к колебаниям расхода и концентрации сточных вод, что позволяло достигать любой степени очистки. Кратковременные залповые поступления сточных вод незначительно ухудшали качество очистки.

По сравнению с аэротенками погружные биофильтры менее чувствительны к токсичным веществам, минеральным маслам и синтетическим детергентам. Пропускная способность этих биофильтров снижалась только при длительных перегрузках сооружений. Объем первичных отстойников рассчитывали на 0,5-1 ч пребывания сточных вод, а вторичных отстойников - на 1,5 ч. Целесообразно применение многоступенчатых установок.

Во Франции была предложена конструкция биофильтра, представляющего собой барабаны, вращающиеся вокруг горизонтальной оси и погруженные на 1/3 своего диаметра в лоток, по которому циркулируют обрабатываемые сточные воды. Барабан состоит из трех дисков, между которыми укреплены желоба со вставленными в них насадками типа щеток. На развитой поверхности насадок образуется биопленка.

Пепель исследовал работу погружного биофильтра, который состоял из пластмассовых дисков толщиной 15 мм и диаметром 3 м, смонтированных на общем валу на расстоянии друг от друга, равном 20 мм. Диски вращались в резервуаре, в который поступали предварительно очищенные сточные воды. Биопленка образовывалась через 2-3 сут после пуска установки. Очищенные сточные воды из резервуара поступали в осветлитель, осадок из которого обезвоживался и обрабатывался в перегнивателе. Работа погружных биофильтров была устойчивой при колебаниях концентрации загрязнений сточных вод. На погружных биофильтрах можно обрабатывать концентрированные производственные сточные воды от пивоваренных, молочных, консервных и других заводов. В сочетании с аэротенками, когда 60% загрязнений первоначально снимает погружной биофильтр, а остальное количество - аэротенк, возможно увеличение пропускной способности установки в 8 раз.

Марки исследовал очистку сточных вод Цюриха на четырехступенчатых погружных биофильтрах. При расходе сточных вод 4; 26 и 40 м³/сут концентрация кислорода в очищенных сточных водах составляла соответственно 4,7; 3,6 и 0,4 мг/л; эффект очистки по снятой БПК₅ достигал 85, 57 и 55%.

Блю описал станции очистки сточных вод, работавших с использованием погружных биофильтров, обслуживавших населенный пункт с числом жителей от 120 до 500 чел. Биологические диски, изготовленные из пластмасс, имели диаметр 2-3 м и толщину 10 мм; расстояние между ними составляло 20 мм; частота вращения вала 2-3 мин^-1.

В ГДР в комплексы очистных сооружений, предназначенных для очистки малых и средних расходов сточных вод, включают двух- и трехступенчатые погружные биофильтры. Преимуществом этих биофильтров является меньшее потребление электроэнергии для насыщения сточных вод кислородом (в 5-6 раз меньше, чем в аэротенках). Погружные биофильтры рекомендуется устанавливать для очистки сточных вод санаториев, домов отдыха, небольших и средних "поселков.

Бригманом описаны результаты исследований по эффективному разложению нефтепродуктов (керосин, реактивное, дизельное и котельное топливо, масла, сырая нефть) различными бактериями на модели дискового погружного биофильтра.

Конструкция жесткого дискового пакета для погружных биофильтров из пластмассового перфорированного материала, имеющего рифленую поверхность, предложена в ГДР и Австрии.

В США испытана конструкция вращающегося биологического контактора для биологической очистки сточных вод непосредственно в канализационных коллекторах. Контактор представляет собой вставку большего, чем коллектор, размера. Вставка имеет вид лотка с поперечным валом, на котором закрепляются диски диаметром 1-3 м, приводимые во вращение электродвигателем с переменной частотой вращения. Перед дисками устанавливается комминутор и грубая сетка. Частота вращения дисков 5- 50 мин^-1. Биологический контактор можно устанавливать непосредственно после источника образования сточных вод, на промежуточных участках коллектора или перед очистными сооружениями.

Для малых количеств сточных вод в ФРГ предложена интересная конструкция погружного биофильтра, состоящего из поддона со сточными водами и вращающегося на горизонтальной оси барабана со спиральной навивкой из пластмассовых труб. Сточные воды забираются открытым концом навивки и при вращении барабана перемещаются по ней к выходному концу. Трубы с целью увеличения поверхности для образования биопленки в сечении могут иметь перегородки в виде пчелиных сот.

Изучение опыта работы компактных установок по очистке сточных вод в Великобритании, обслуживающих населенные пункты с числом жителей от 50 до 12 000 чел., показало преимущества и экономическую целесообразность применения дисковых погружных биофильтров.

Строительство таких биофильтров наиболее целесообразно при высоком уровне грунтовых вод. В период работы в биофильтре не происходит отложения осадка, а толщина биопленки на дисках зависит от поступления питательных веществ и потребления кислорода. Окислительная мощность биофильтра определяется количеством поступающих органических веществ и не зависит от концентрации сточных вод. Следовательно, степень очистки сточных вод зависит от числа ступеней биофильтра и определяется продолжительностью пребывания сточных вод в погружном биофильтре. Поверхностная нагрузка по ВПК не должна превышать 100 г/(м²-сут), минимальная ВПК очищенных сточных вод 10 мг/л.

Эффект работы биофильтра повышается при хорошей механической очистке сточных вод. Зависимость работы погружного биофильтра от температуры такая же, как и других сооружений биологической очистки. Наличие нерастворимых жиров в стоках нежелательно, так как они заиливают поверхность дисков и способствуют прекращению доступа кислорода к биопленке. Применение погружных биофильтров также эффективно при очистке иловой жидкости из метантенков.

Велч проводил исследования по очистке высококонцентрированных сточных вод на двухступенчатой установке с пакетами дисков диаметром 1,5 м. Неочищенные сточные воды, содержащие молочную сыворотку, имели начальную ХПК 500- 4000 мг/л; гидравлическая нагрузка составляла 0,76-30 м³/(м³-ч); частота вращения дисков изменялась от 5 до 40 мин^-1. Сточные воды проходили последовательно I и II ступени погружных биофильтров с промежуточным и вторичным отстойниками. Образование большого количества биомассы на дисках обеспечивало оптимальный контакт и ассимиляцию примесей микроорганизмами. Изменением частоты вращения дисков контролировалось не только перемешивание биомассы в сточной воде, но и концентрация растворенного кислорода. Оптимальное снижение ХПК было достигнуто при концентрации растворенного кислород-1,5 мг/л. При концентрации ХПК неочищенных сточных во" 500, 1300 и 4000 мг/л, частоте вращения дисков 20 мин^-1 и продолжительности пребывания сточных вод в резервуаре биофильтров I ступени 30 мин снижение ХПК составляло соответственно 70, 45 и 30%.

Рональд рекомендует применять погружные биофильтры для очистки производственных сточных вод в качестве II ступени. Эти биофильтры характеризуются гибкостью в работе, низкой эксплуатационной стоимостью и высоким эффектом изъятия органических загрязнений.

Рональд и Аскен, систематизируя опыт применения погружных биофильтров на 400 установках в ФРГ, Швейцарии и Франции для очистки производственных и бытовых сточных вод, а также сточных вод от сельскохозяйственных ферм, пришли к выводу о перспективности и экономической целесообразности применения таких конструкций биофильтров. Они провели исследования на производственной установке, обеспечивающей очистку сточных вод населенного пункта с числом жителей 4000 чел. В составе этой установки имелись первичные и вторичные отстойники, а также аэробный сбраживатель. Диаметр пластмассовых дисков погружного биофильтра составлял 1,8-3 м. При продолжительности пребывания сточных вод в биофильтре 60 мин снижение БПК достигало 90%.

Читенден и Уэлс изучали возможность очистки и дезодорации предварительно очищенных в анаэробных лагунах сточных вод от предприятий мясоперерабатывающей промышленности. Установка состояла из трех каналов, разделенных водосливами, в каждом канале было установлено 50 дисков диаметром 1,2 м и толщиной 1,3 см, закрепленных на вращающемся валу, который расположен на высоте 1,5 см над уровнем воды в канале Зазор между дном канала и диском составлял 1,3 см. Гидравлическая нагрузка на диски при максимальной пропускной способности установки 38 м³/сут составляла 0,3 м³/(м²-сут). При вращении всех дисков с частотой 3 мин^-1 и расходе сточной воды 38 м³/сут снижение БПК в первом канале составило 43%, а в трех каналах - 50%. При вращении дисков в первом канале с частотой 6 мин^-1 при той же нагрузке на диски снижение БПК составляло 53%, в трех каналах - 65%. Снижение нагрузки в 2 раза обеспечивало снижение БПК в первом канале на 80, а общее на 83%. Санитарно-химические анализы показали практическое отсутствие в первом и втором каналах растворенного кислорода, а в третьем канале его содержание не превышало 0,9-1,5 мг/л.

Полупроизводственные испытания, проведенные Райнером на установке с диаметром дисков 0,36 м и длиной пакета 3 м, показали, что при начальной величине БПК₅, равной 125-190 мг/л, и нагрузке по БПК₅, равной 0,9-1,4 кг/(м³-сут), эффект снижения БПК составил 81-88%.

Швейцарской фирмой "Мекана" разработаны семь типоразмеров комплексов очистных сооружений, включающих погружной биофильтр "Биоспираль" и рассчитанных на обслуживание отдельно стоящих зданий й населенных пунктов с числом жителей от 10 до 6000 чел.

Корпус установки выполняется из железобетона, а диски Диаметром 1,75 м - из пластмассы. Число дисков составляет 14-180. Биофильтры рассчитаны на очистку сточных вод, проведших отстаивание в первичных отстойниках или в септиках, очищенная в биофильтрах вода осветляется во вторичных отбойниках. По данным фирмы, на дисковых биофильтрах эффект очистки достигает 85-90% при продолжительности пребывания сточной воды в биофильтре 2,6 ч и в отстойнике 1,6 ч.

Опыт эксплуатации более 700 установок показал их несомненные преимущества при значительных колебаниях расходов сточных вод; установки потребляют мало электроэнергии и мо гут быть полностью автоматизированы.

Во Франции разработано шесть типоразмеров комплексных установок "Сабла-Теба" для очистки сточных вод населенных пунктов с числом жителей от 150 до 1000 чел. (площадь поверхности дисков от 300 до 1800 м²). Станция "Сабла-Теба" включает двухъярусный отстойник (продолжительность отстаивания в осадочных желобах 1,5 ч); от одного до шести блоков погружных биофильтров с дисками диаметром 2 м, располагаемых в одну или две ступени; вторичный отстойник (продолжительность отстаивания 2 ч); иловые площадки.

Резервуар с погружными биофильтрами располагается либо в легком павильоне, собираемом из пластмассовых или асбестоцементных элементов, либо в здании из сборного железобетона, в зависимости от температуры наружного воздуха.

Каждый блок погружных биофильтров состоит из 50 дисков, имеет площадь поверхности 300 м², длину 1,44 м, массу 650 кг и вращается с частотой около 2 мин^-1. Диски практически не подвергаются износу, и, по данным фирмы, срок их амортизации достигает 30 лет. Потребление энергии небольшое и составляет, по расчетным данным, 3-4 кВт-ч на 1 жителя в год. Станция с биодисками рассчитана на прием сточных вод от населенных пунктов с нормой водоотведения 100-150 л/сут и с количеством загрязнений от одного человека по БПК₅ около 54 г/сут при очистке до 30-40 мг/л по БПКб-

Погружные биофильтры "Сабла-Теба" пропускной способностью 135 м³/сут установлены на очистных сооружениях коммуны Дюизон в департаменте Луар-е-Шер (Франция) на станцию поступает около 90 м³/сут сточных вод, имеющих концентрацию загрязнений по БПК₅ от 100 до 175 мг/л, по ХПК от 120 до 450 мг/л и по взвешенным веществам от 29 до 44 мг/л. После отстаивания в двухъярусном отстойнике сточные воды поступают на биофильтры, работающие в две ступени по два блока в каждой. Степень очистки составляет около 90% по БПК₅-

На ряде объектов эксплуатируются станции пропускной способностью 1700, 1800 и 3800 м³/сут с многоступенчатыми погружными биофильтрами. Очистные сооружения г. Пеуки (шт. Висконсин) состоят из комминуторов, отстойников, погружных биофильтров, вторичных отстойников. Для обработки осадка сооружен аэробный сбраживатель с поверхностными аэраторами. Восемь секций погружных биофильтров установлены в здании размером в плане 15X18 м (две технологические параллельно работающие линии по четыре ступени биофильтров в каждой). Каждая секция состоит из 150 выполненных из полистирола дисков толщиной 13 мм и диаметром 3,1 м, установленных на расстоянии 34 мм друг от друга. Общая площадь поверхности дисков в одной секции 1950 м² длина каждой секции 5,5 м. Пакет дисков приводится во вращение (с частотой 0,75-2 мин^-1) электродвигателями мощностью 1,1 кВт (причем для эксплуатации требуется мощность 0,6 кВт). На очистные сооружения поступает 1800 м³ сточных од в сутки с БПК в среднем 125 мг/л (100-170). БПК на выходе составляет в среднем зимой 21 мг/л, летом 16 мг/л, концентрация взвешенных веществ - соответственно 16-14 мг/л. При снижении расхода сточных вод на одной технологической линии до 210 м³/сут (вместо 900 м³/сут) БПК после первой ступени в среднем за 2,5-месячный период составляла 20 мг/л. При 90%-ном снижении БПК затрачивалось электроэнергии 0,12 кВт-ч/м³. Потери напора при движении воды через четыре ступени погружных биофильтров составляли всего 10 см.

Для очистки сточных вод г. Александрия (США) построен комплекс очистных сооружений с погружными дисковыми биофильтрами пропускной способностью 150 тыс. м³/сут.

В зарубежной практике имеется достаточный опыт работы различного вида погружных барабанных биофильтров. Жесткий корпус вращающегося барабана обтягивается сеткой или другим материалом, а внутри корпуса помещаются либо засыпные пластмассовые элементы, либо фигурные блочные секции, либо гофрированный или пленочный материал, на поверхности которого развивается биопленка. Барабаны, длиной 2-3 м и диаметром 2-2,5 м, помещаются в резервуары, куда поступает обрабатываемая сточная вода; частота вращения барабана 1 - 2 мин^-1. Для обеспечения механической прочности внутри барабана установлены ребра жесткости и поперечные перегородки, которые делят барабан на шесть - восемь секторов.

На рис. 9 приведена схема односекционного погружного барабанного биофильтра, в поперечном сечении которого условно показаны различные виды засыпного, блочного и пленочного загрузочного материала.

Рис. 9. Односекционный погружной барабанный биофильтр: 1 - подводящий лоток; 2 - электродвигатель с редуктором; 3 - резервуар; 4 - вал; 5 - барабан из металлической сетки; 6 - каркас жесткости; 7 - отводящий лоток; 8 - перегородки; 9 - секторы барабана; 10 - загрузочные плоские и гофрированные листы; 11 - загрузочные блоки; 12 - засыпной материал (пластмассовые шарики, обрезки труб и др.)

На рис. 10 изображен погружной барабанный биофильтр, состоящий из восьми секций, закрепленных на вращающемся валу. Каждая секция образована из брусьев, попарно закрепленных на валу в радиальных направлениях и соединенных между собой стержнями, параллельными валу. От вала до периферии брусьев на стержни каждой секции наматывается гибкая пластмассовая пленка, образующая рабочую поверхность биофильтра, на которой развивается биопленка. Резервуар биофильтра можно перекрывать кожухом.

Рис. 10. Восьмисекционный погружной барабанный биофильтр: 1 - подводящий лоток; 2 - электродвигатель с редуктором; 3 - бетонный резервуар; 4 - секция биофильтра; 5 -вал; 6 - промежуточная опора со стойками; 7 - брусья секции со стержнями; 8 - отводящий лоток; 9 - гибкая пластмассовая пленка; 10 - кожух биофильтра

В Одесском инженерно-строительном институте исследовалась очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности (пивоваренного, дрожжевого, спиртового и других заводов) на погружных биофильтрах с изготовленными из поливинилхлорида и алюминиевых сплавов дисками диаметром 0,5 м с частотой вращения вала 16 мин^-1. Начальная БПК была 1000 мг/л, эффект очистки составлял 98%.

На основании проведенных исследований на очистных сооружениях спиртового завода построены четырехступенчатые погружные дисковые биофильтры. В качестве материала использованы диски из алюминиевых сплавов толщиной 4 мм и диаметром 2 м, собранные в пакеты по 46 шт. в каждом. Расстояние между дисками 20-30 мм, длина пакета 2 м, мощность привода 3 кВт, частота вращения дисков 8 мин^-1 (рис. 11,а). На очистные сооружения в период переработки картофеля поступает около 250 м³ сточных вод в сутки при начальной БПК₅ 170 мг/л; при этом достигается полная биологическая очистка. Эффект изъятия органических загрязнений зависит от нагрузки, числа ступеней и вида сточных вод (рис. 11,6).

Рис. 11. Погружные дисковые биофильтры очистных сооружений спиртового завода : а - схема установки: 1 - подвод осветленной сточной воды; 2 - резервуары; 3 - вал с приводом; 4-7 - пакеты алюминиевых дисков соответственно первой - четвертой ступени; 8 - отвод обработанных сточных вод; б - зависимость снижения БПКsubполн/sub от органической нагрузки: I - снижение БПКsubполн/sub при очистке сточных вод спиртово-крахмальных и пивоваренных заводов; II - то же, дрожжевых заводов; В - ширина резервуара; Н - глубина резервуара; lc-длина секции; lп.б -длина погружного биофильтра; h - расстояние между днищем резервуара и нижней кромкой дисков

Таким образом, результаты отечественных и зарубежных исследований и опыт эксплуатации позволяют сделать выводы, что погружные биофильтры могут быть рекомендованы для очистки бытовых и производственных сточных вод с расходом до 500-1000 м³/сут. Такие биофильтры просты в эксплуатации, не требуют больших перепадов высот при движении воды (что свойственно всем другим конструкциям биофильтров), а при наличии перепада, равного 0,5-0,7 м, пакет дисков может вращаться за счет энергии падающей струи воды. Погружные биофильтры выдерживают залповые поступления сточных вод; их целесообразно применять при большом коэффициенте неравномерности поступления сточных вод.

В целях обеспечения большей надежности в работе погружаю биофильтры следует устраивать не менее чем в две или в три ступени.

Выгодная ипотека на желье. Онлайн-оформление, выгодные ставки.