1. Биофильтры с жесткой загрузкой

Для лабораторных исследований была изготовлена опытная модель биофильтра с пластмассовой загрузкой. Модель представляла собой цилиндр, выполненный из органического стекла, внутренним диаметром 10 см, высотой слоя загрузки 159 см. Сточная вода подавалась через опрокидывающийся желоб. По высоте модели были расположены отверстия для отбора проб биопленки на гидробиологические анализы. Загрузка биофильтра выполнялась из полиамида в виде решетки с поперечными прокладками, имеющими отверстия (рис. 13). Загрузочный материал имел плотность 209 кг/м³; удельная площадь поверхности составляла 196 м²/м³, пористость - 81 %.

Рис. 13. Пластмассовая загрузка для лабораторной установки биофильтра

Исследования на бытовых сточных водах московской канализации проводились в два этапа.

Задачей первого этапа исследований было определение оптимальной гидравлической и органической нагрузки. Начальная гидравлическая нагрузка составляла 1,2 м³/(м³-сут), а затем постепенно увеличивалась. Основные санитарно-химические показатели неочищенной и очищенной сточной воды, приведенные в табл. 2 и 3, свидетельствуют о том, что оптимальная работа наблюдалась при нагрузке 9,6 м³/(м³-сут), когда окислительная мощность с учетом расхода кислорода на нитрификацию составила 2,25 кг кислорода на 1 м³ объема сооружения в сутки. В этом режиме работы концентрация БПК снижалась на 90%, а содержание взвешенных веществ - на 86%; нормально протекали и процессы нитрификации, что .свидетельствовало о глубине процесса очистки. Полученные результаты очистки позволили увеличить нагрузку на сооружение до 19,2 м³/(м³-сут). Эта нагрузка оказалась слишком большой, и модель, работавшая в течение 8 мес без заиливания, через 4-5 дней заилилась настолько, что в верхней части биофильтра постоянно находился слой воды высотой 1-3 см. В этот период снижение БПК₅ составляло лишь 69%, а взвешенных веществ - 62%. При этом были нарушены также и процессы нитрификации: нитриты и нитраты в очищенных водах практически отсутствовали.

Таблица 2. Результаты очистки бытовых сточных вод на лабораторной модели биофильтра с пластмассовой загрузкой

Таблица 3. Технологические показатели работы лабораторной модели биофильтра с пластмассовой загрузкой при очистке бытовых сточных вод

На втором этапе исследований определялась эффективность работы биофильтра при подаче на сооружение сточной жидкости сразу с гидравлической нагрузкой 9,6 м³/(м³-сут) (без постепенного ее увеличения). По окончании первого этапа загрузка была полностью отмыта от биопленки, а затем была подана сточная вода с указанной нагрузкой.

За второй период исследований окислительная мощность по снятой БПК_полн составила 1,54 кг(м³-сут) при нагрузке по БПК_полн 1,77 кг/(м³.сут).

Периодический гидробиологический анализ соскобов и выноса биопленки показал большое разнообразие микроорганизмов.

При гидравлических нагрузках 4,8; 6,4 и 9,6 м³/(м³-сут) наблюдался регулярный (с интервалом в 1 мес) вывод психоды с последующим (через 3-5 дней) выносом биопленки. Вынос биопленки начинался с верхней части биофильтра и в течение недели вымывалась отработанная пленка по всей его высоте. Одновременно на месте отмирающей биопленки образовывалась новая. Эффект работы биофильтра во время выноса биопленки изменялся незначительно, вынесенная пленка быстро отстаивалась, а отстоенная проба воды была прозрачна.

Таким образом, в результате 14-месячных исследований было установлено, что допустимую нагрузку по БПК₅ при очистке городских и близких к ним по составу производственных сточных вод следует принимать равной 2 кг на 1 м³ полезного объема биофильтра в сутки. В этом случае обеспечивается полная биологическая очистка (рис. 14).

Рис. 14. Зависимость снижения БПКsub5/sub от органической нагрузки при очистке бытовых сточных вод на биофильтре с жесткой пластмассовой загрузкой

В дальнейшем на этой установке проводились исследования по очистке различных по составу сточных вод. Исследования по очистке сточных вод красильно-отделочной фабрики проводились при гидравлической нагрузке 2,4 м³/(м³-сут). Окислительная мощность по снятой БПК₅ составляла 0,33 кг/(м³-сут) при нагрузке по БПК₅ 0,37 кг/(м³-сут) (табл. 4). За исследуемый период снижение окраски составило в среднем 65%, БПК₅ - 90%, ХПК - 55%, содержание взвешенных веществ - 64%. Показатели очистки сточных вод красильно-отделочной фабрики весьма близки к тому устойчивому режиму очистки городских сточных вод, который наблюдался в диапазоне гидравлических нагрузок от 4,8 до 9,6 м³/(м³-сут). Опыты позволяют предположить, что для очистки вод красильно-отделочных фабрик оптимальная нагрузка будет составлять 4-5 м³/(м³-сут), а окислительная мощность по снятой БПК_полн достигнет 1 кг/(м³-сут). Из сравнения этих результатов с результатами очистки сточных вод на биофильтрах с керамзитовой и гравийной загрузкой видно, что пропускная способность единицы объема биофильтра с пластмассовой загрузкой в 4-7 раз выше.

Таблица 4. Результаты очистки сточных вод красильно-отделочной фабрики на лабораторной модели биофильтра с пластмассовой загрузкой

В течение 10 месяцев на лабораторной модели биофильтра с пластмассовой загрузкой исследовались процессы очистки смеси бытовых сточных вод и сточные вод химического комбината по производству минеральных солей. Результаты лабораторных исследований, приведенные в табл. 5 и 6, а также на рис. 15, свидетельствуют, что "а биофильтре с пластмассовой загрузкой могут быть достигнуты значительно более высокие нагрузки, чем на биофильтрах с гравийной и керамзитовой загрузкой. Рекомендуемая нагрузка на биофильтр с пластмассовой загрузкой по БПК₅ при полной биологической очистке не должна превышать 0,8 кг на 1 м³ загрузки в сутки.

Таблица 5. Результаты очистки смеси бытовых и производственных сточных вод химического комбината по производству минеральных солей

Таблица 6. Технологические показатели работы лабораторной модели биофильтра при очистке смеси бытовых и производственных сточных вод химического комбината по производству минеральных солей

Рис. 15. Зависимость снижения БПКsub5/sub от органической нагрузки при очистке смеси бытовых и производственных сточных вод на биофильтрах с загрузкой: 1 - гравийной; 2 - керамзитовой; 3 - жесткой пластмассовой

Результаты исследований по очистке сточных вод производства целлюлозы, проведенных без разбавления этих вод бытовыми сточными водами (при гидравлической нагрузке 3 м³/(м³-сут), свидетельствуют о том, что полной очистки не достигается (табл. 7). По всей видимости, это является следствием высокого значения рН, равного 9,3, и низкого содержания биогенных элементов. При предварительном подкислении сточных вод до рН = 8,3 эффект снижения загрязнений значительно возрастал. Так, при исходных показателях БПК₅, БПК_полн, ХПК, равных соответственно 184, 227 и 1730 мг/л, их величины в процессе очистки снижались до 16, 22 и 775 мг/л.

Таблица 7. Результаты очистки сточных вод от производства целлюлозы на лабораторной модели биофильтра с пластмассовой загрузкой

Таким образом, в результате лабораторных исследований по очистке различных видов сточных вод на биофильтре с пластмассовой загрузкой доказано, что применение этих загрузочных материалов целесообразно, но в отдельных случаях вследствие специфики состава производственных стоков требуется либо предварительная их обработка, либо разбавление бытовыми водами.

На основании результатов лабораторных исследований была запроектирована полупроизводственная установка (рис. 16) (Эта установка может быть отнесена к производственным установкам малой канализации, поскольку суточная пропускная способность ее составляла 20-40 м³ сточных вод.). Корпус установки был выполнен из стального цилиндра внутренним диаметром 0,8 м; высота слоя загрузочного материала составляла 3,8 м, а общий объем загрузки- 1,9 м³. Основанием для загрузочного материала служила металлическая решетка. Воздух в биофильтр подавался естественным путем через окна в междудонном пространстве, общая площадь которых составляла 17% орошаемой площади поверхности биофильтра. Сточная вода подавалась на биофильтр постоянно и распределялась реактивным оросителем. На этой установке испытывали различные пластмассовые и керамические загрузочные материалы. Для сравнения параллельно биофильтру с пластмассовой загрузкой работал биофильтр с загрузкой из гравия со средней крупностью фракций 50 мм и с удельной площадью поверхности материала загрузки 63 м²/м³.

РИС. 16. Полупроизводственныи биофильтр с пластмассовой загрузкой: 1- подвод неочищенной сточной воды; 2 - опрокидывающийся желоб; 3 - стойка крепления желоба к корпусу; 4 - хомут крепления реактивного оросителя; 5 - реактивный ороситель; 6 - пластмассовая загрузка; 7 - корпус; 5 - окна для отбора проб биопленки; 9 - металлическая поддерживающая решетка; 10 - трубопровод для выпуска обработанной сточной воды

Биофильтры были смонтированы в отдельном здании на территории очистных сооружений бытовых вод поселка (Московская область). На опытную установку сточная вода подавалась самотеком после первичного отстаивания в двухъярусных отстойниках (с постоянным расходом). Для этой цели в конце отстойного желоба перед водосливом двухъярусного отстойника был установлен сифон, что обеспечивало высокую равномерность расхода сточных вод, поступающих в делительную чашу опытных установок. Из чаши через регулируемые треугольные водосливы необходимое количество сточных вод подавалось на биофильтры, а затем во вторичные отстойники вертикального типа с центральными трубами и отражательными щитами. Высота отстойной части отстойника составляла 2,7 м, а высота нейтрального слоя - 0,3 м. Отстойники были рассчитаны на 1,5-часовое отстаивание при расходах сточной воды 2,5 и 24 м³/сут после биофильтров соответственно с гравийной и пластмассовой загрузкой. Следует отметить, что в процессе исследований расходы сточных вод значительно превышали проектные, что не могло не сказаться на выносе взвешенных веществ. Исследовалась пластмассовая решетчатая загрузка, выполненная в виде отдельных секций (рис. 17) из листов поливинилхлорида толщиной 2 мм. Каждая секция состояла из решетки и горизонтальной прокладки с отверстиями диаметром 40 мм.

Ячейки решетки имели размер 50X50 мм, высота ребра 40 мм. Удельная площадь поверхности загрузки составляла 105 м² на 1 м³ загружаемого объема биофильтра, пористость-90%, плотность- 120 кг/м³. В течение 2 мес. наращивалась пленка, а затем биофильтры были поставлены под рабочую нагрузку.

Рис. 17. Пластмассовая решетчатая загрузка

Исследования, продолжавшиеся в течение года, состояли из двух серий опытов: в первой серии гидравлическая нагрузка составляла 13,8 м³/(м³-сут), во второй - 20,2 м³/(м³-сут). Гидравлическая нагрузка на биофильтр с гравийной загрузкой была равна 4,4 м³/(м³-еут). Средние данные санитарно-химических анализов очищенных сточные вод (табл. 8) свидетельствуют о том, что показатели очищенных сточных вод как при очистке на биофильтре с гравийной загрузкой, так: и при очистке на биофильтре с пластмассовой загрузкой практически одинаковы. Биофильтры не могли работать с более высокой нагрузкой, так как вторичные отстойники уже при указанных нагрузках работали со значительной перегрузкой. Технологические показатели работы биофильтров приведены в табл. 9.

В результате полупроизводственных испытаний было установлено, что при очистке бытовых сточных вод на биофильтре с пластмассовой загрузкой вполне возможна их полная биологическая очистка при нагрузке по БПК₅ до 2 кг/(м³-сут) (рис. 18), что подтверждает данные лабораторных испытаний.

В 1969-1970 гг. были проведены 'полупроизводственные испытания по очистке бытовых сточных вод на биофильтре с загрузкой типа "сложная волна" (рис. 19). Отдельные секции загрузки были выполнены из полиэтилена, гофрированного в двух направлениях.

Таблица 8. Результаты очистки бытовых сточных вод на полупроизводственных установках биофильтров с гравийной и пластмассовой решетчатой загрузкой

Таблица 9. Технологические показатели работы полупроизводственных установок биофильтров с гравийной и пластмассовой решетчатой загрузкой

Рис. 18. Зависимость снижения БПКsub5/sub от органической нагрузки при очистке бытовых сточных вод на биофильтре с решетчатой загрузкой

Размер одного листа составлял 0,5 X 0,5 м, высота гофра - 60 мм. Удельная площадь поверхности загрузочного материала 80 м²/м³, пористость 96%, плотность 40 кг/м³. Исследования проводились в течение года при гидравлических нагрузках 12 и 20,4 м³/(м³-сут). Результаты исследований (табл. 10 и 11) свидетельствуют о том, что была достигнута полная биологическая очистка.

Таблица 10. Результаты очистки бытовых сточных вод на полупроизводственной установке биофильтра с пластмассовой загрузкой

Таблица 11. Технологические показатели работы полупроизводственной установки биофильтра с пластмассовой загрузкой типа 'сложная волна'

Рис. 19. Пластмассовая загрузка типа 'сложнаяная волна'

При этом окислительная мощность по снятой БПК_полн достигала 1,7 кг/(м³-сут) при нагрузке по БПК_полн 2,1 кг/(м³ Х сут).

Высокий эффект снижения органических загрязнений по БПК в большом диапазоне органических нагрузок свидетельствует о весьма устойчивой работе биофильтра. При подсчете окислительной мощности с 1 м²

"площади поверхности загрузочного материала (основной показатель производительности биофильтра) было получено, что она несколько выше, чем на биофильтре с решетчатой загрузкой, и составляет 22 г БПК_полн с 1 м² площади поверхности в сутки.

Полупроизводственные испытания по очистке сточных вод, содержащих ацетон в концентрациях 20 и 40 мг/л, проводились на такой же установке с загрузкой те беспорядочно засыпанных керамических колец Рашига размером 50Х50Х5 мм. Число колец Рашига в 1 м³ составляло 6400; плотность загрузочного материала достигала 570 кг/м³ при пористости 73%, а удельная площадь поверхности была около 100 м²/м³.

Рис. 20. Общий вид биофильтра с асбестоцементной загрузкой

Анализируя результаты опытов, приведенные в табл. 12, можно сделать вывод, что при такой загрузке органическая нагрузка по БПК_полн должна быть не более 2 кг/(м³-сут).

Таблица 12. Результаты очистки бытовых сточных вод на полупроизводственной установке биофильтра с загрузкой из колец Рашига

Для выявления эффективности применения плоскостного загрузочного материала с учетом климатических факторов на станции биофильтрации г. Орджоникидзеабада (Таджикская ССР) в 1976-1977 гг. инж. А. Б. Абдуловым были проведены исследования работы биофильтра, загруженного гофрированными асбестоцементными листами марки СВ-40. Биофильтр имел размеры в плане 2,2X2,5 м, высоту слоя загрузочного материала 3,4 м; общий объем загрузки составлял 10 м³. Асбестоцементная загрузка выполнена в виде отдельных секций из гофрированных листов

размером 1750 X 1130 мм, расстояние между листами 35 мм. Удельная площадь поверхности загрузки 56 м²/м³, пористость 80%, плотность 250 кг/м³ (рис. 20). Сточная вода подавалась реактивным оросителем диаметром 1,8 м; диаметр распределительных труб 50 мм, диаметр отверстий 15 мм. Для выявления зависимости эффективности очистки от высоты биофильтра были устроены окна для отбора проб сточной воды и биопленки. Контрольным сооружением служили биофильтры с щебеночной загрузкой. Биофильтры находились в одинаковых температурных условиях; на них подавались сточные воды одинакового состава. Исследования состояли из трех серий опытов на городских сточных водах со значительной долей производственных сточных вод. Усредненные результаты этих исследований приведены в табл. 13.

Таблица 13. Показатели сточных вод при очистке на биофильтрах с щебеночной (Б-1) и асбестоцементной (Б-2) загрузкой

В первой серии опытов при температуре наружного воздуха 20°Си сточной воды 26°С эффект снижения органических загрязнений по БПК достигал на биофильтре с щебеночной загрузкой 87%, а на биофильтре с асбестоцементной загрузкой 98% при гидравлических нагрузках соответственно 2 и 5,6 м³/(м³-сут).

Во второй серии опытов температура наружного воздуха составляла 30°С. Гидравлические нагрузки были увеличены: на биофильтре с щебеночной загрузкой до 2,8 м³/(м³-сут), а на биофильтре с асбестоцементной загрузкой до 9,8 м³/(м³-сут); при этом эффект снижения БПК₅ составил соответственно 67 и 92%. В третьей серии опытов при температуре наружного воздуха 44°С расход сточных вод на биофильтр с асбестоцементной загрукой превышал 150 м³/сут. Нагрузка по БПК₅ в среднем за этот период достигала 1,7 кг/м³, а эффект снижения БПК₅ составил 95%.

Полученные данные свидетельствуют о (перспективности применения биофильтров с плоскостной загрузкой в районах с жаркими климатическими условиями.

В процессе исследований фиксировался также прирост биопленки. При гидравлических нагрузках 15-20 м³/(м³-сут) обрастание поверхности асбестоцементной загрузки биопленкой происходило за две недели; п(ри этом эффект очистки через 2-3 недели достигал 90-95%. Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о том, что в районах 'С теплыми климатическими условиями биофильтры с плоскостной загрузкой можно сооружать открытыми, что даст значительный экономический эффект. При этом полная биологическая очистка достигается при органической нагрузке по БПК₅ ДО 1,7 кг/(м\3-сут), а в расчете на 1 м² удельной площади поверхности загрузочного материала - до 30 г БПК₅ в сутки.

Для изучения возможности применения асбестоцементнььх гофрированных листов в качестве загрузки биофильтров для очистки высококонцентрированных производственных сточных вод были проведены исследования на сточных водах биохимического завода. Для этой цели был сооружен полупроизводственный биофильтр с загрузкой из асбестоцементных волнистых листов марки ВУ. Размер установки в плане составлял 1 X 1 м, общая высота загрузки равнялась 4 м, расстояние между отдельными асбестоцементными волнистыми листами в блоке составляло 35 мм. Распределение сточной воды по поверхности биофильтра осуществлялось Реактивным оросителем (рис. 21). Удельная площадь поверхности загрузки из абестовоцементных листов составляла 56 м²/м³ и практически была равна удельной площади поверхности гравийной загрузки (крупностью 60-70 мм) аэрофильтра, что позволяло сравнивать работу полупроизводственной установки с работой аэрофильтров, установленных на очистных сооружениях биохимического завода и имеющих высоту загрузки также 4 м.

Рис. 21. Полупроизводственный биофильтр с асбестовоцементной загрузкой для очистки производственных сточных вод: 1 - корпус; 2 - реактивный ороситель; 3 - блоки из асбестоцемента; 4 - поддерживающая решетка; 5 - вентиляционные окна; 6 - фундамент

Смесь производственных и бытовых сточных вод, поступающая в приемную камеру очистных сооружений, имела следующие показатели: БПК₅ 820-1500 мг/л; взвешенные вещества 120-140 мг/л; рН= 5,5?6,2; температура 26-37оС. Сточные воды подавались непосредственно на полупроизводственную установку, минуя отстойник, причем заиления биофильтра не наблюдалось. Толщина биопленки составляла 1-1,5мм в верхней части установки и 3-4мм в нижней части. Полупроизводственный биофильтр работал в различных режимах, гидравлическая нагрузка изменялась от 11,2 до 35 м³/(м²·сут). Нагрузка по органическим веществам ( по БПК₅) изменялась от 1 до 12 кг/( м³·сут).

Как показали наблюдения за микроорганизмами биопленки, изменение гидравлической нагрузки в исследованных пределах существенно не влияет на микрофлору биопленки. При нагрузках более 32 м³/(м²·сут) в биопленке наряду с умньшением числа крупных и появлением мелких форм реснитчатых отмечено уменьшение количества коловраток и червей. При изменении нагрузки по органическим веществам от 4 до 12 кг/( м³·сут) состав миклофлоры биопленки несколько изменился. При высоких нагрузках по органическим веществам [8-12 кг/( м³·сут)] в миклофлоре биопленки преобладали дрожжи, дрожжевые и плесневые грибки, водные грибы, мелкие реснитчатые и амебы. При нагрузках по органическим веществам до 6 кг/( м³·сут) дрожи, дрожжевые и плесневые грибки встречались в меньших количествах или совсем отсутствовали, но бактерий и простейших становились больше и состав их разнообразней. Биопленка полупроизводственной установки имела черную окраску, что обусловлено, видимо, наличием в сточных водах гидролизных производств лигнино - гуминовых веществ.

Зависимость окислительной мощности по снятой БПК полупроизвоственной установки биофильтра с плоскостной загрузкой и эффекта очистки сточной воды от нагрузки по органичесим загрязнениям представлена в таб. 14, где для сравнения [ за чертой при нагрузках до 2 кг/( м³·сут)] приведены усредненные данные 5-летних наблюдений за работой аэрофильтров с гравийно загрузкой очистных сооружений биохимического завода.

Таблица 14. Зависимость окислительной мощности и эффекта очистки сточной жидкости от нагрузки по органическим загрязнениям для биофильтров с плоскостной и гравийной загрузкой

Проведенные исследования позволили сделать вывод, что биологическую очистку высококонцентрированных сточных вод следует вести в две ступени. При реконструкции и расширении очистных сооружений биофильтры первой ступени следует загружать асбестоцементными или пластмассовыми листами, а в качестве второй ступени использовать существующие аэрофильтры с щебеночной загрузкой.

Более двух лет продолжались полупроизводственные исследования по очистке бытовых сточных вод на комбинированной установке биотенк - биофильтр (БТБ).

Биотенк, конструкция которого разработана на кафедре канализации МИСИ им. В.В. Куйбышева (рис. 22), представляет собой сооружение, имеющее признаки биофильтра и аэротенка. Он состоит из корпуса и расположенных внутри его друг над другом в шахматном порядке гофрированных элементов, имеющих отверстия ,в верхней выпуклой части. Обрабатываемая сточная вода поступает в верхнюю часть биотенка и, наполнив расположенные выше элементы, стекает вниз. Наружные части элементов омываются сточной водой, благодаря чему на них образуется биопленка. В самих элементах образуется биомасса, напоминающая по своей структуре активный ил. Перемешивание этой массы и насыщение ее кислородом происходит вследствие движения обрабатываемой сточной воды.

Рис. 22. Принципиальная схема биотенка: 1 - корпус; 2 - элементы загрузки

Полупроизводственная установка биотенка имела высоту рабочего слоя загрузки 3,8 м и поперечное сечение 0,5x0,5 м, а общий рабочий объем составлял 0,95 м³. В корпусе биотенка были установлены винипластовые кассеты (рис. 23, 1), состоящие из четырех или пяти элементов, выполненных в виде полуцилиндра с наружным диаметром 80 мм и длиной 500 мм. Торцовыми сторонами элементы приваривались к винипластавым полосам с отогнутыми в сторону корпуса биотенка концами, которые опирались на стальные полосы, приваренные к внутренней части корпуса. Кассеты устанавливались так, чтобы элементы располагались в шахматном порядке. Такое расположение обеспечивало поступление обрабатываемой сточной воды из расположенных выше элементов в расположенные ниже.

Рис. 23. Элементы загрузки биотенка: 1 - стальные полосы; 2 - кассеты; 3 - элементы кассеты

На наружной поверхности элементов образовалась биопленка, которая дополнительно перерабатывала органические загрязнения. Общая удельная площадь поверхности для образования биопленки в установке составляла 18 м²/м³. Всего в биотенке устанавливалось 65 кассет; вместимость каждого элемента составляла около 0,93 л. Таким образом, объем воды в кассетах достигал 0,272 м³, а объем, занимаемый материалом загрузки, - 0,064 м³. Следовательно, объем воды в кассетах составлял 28,6% общего рабочего объема биотенка, а объем газовой фазы - 64,6%.

Исследования состояли: из четырех серий опытов. В первой серии опытов изучали эффективность очистки сточных вод только в биотенке, состоящем из 65 кассет. Расход сточных вод составлял 10,5 м³/сут. Во второй серии опытов из нижней части биотенка были вынуты 33 кассеты и вставлены пластмассовые элементы из поливинилхлорида (см.рис. 23,2). Каждый элемент состоял из горизонтальной пластины размером 500 X 500 мм, на которой имелось 90 отверстий диаметром 40 мм, и решетки с высотой ребер 45 мм и размером ячеек 50X50 мм. Удельная площадь поверхности этого загрузочного материала 60 м²/м³, пористость 85%, плотность 180 кг/м³. Исследования проводили при расходе сточной воды 10 м³/сут.

В третьей серии опытов в верхней половине БТБ вместо кассет были установлены гофрированные в двух направлениях полиэтиленовые элементы с отверстиями в верхней части (см. рис. 23,3). Размер одного гофрированного элемента 500 X 500 мм, высота 60 мм, масса 0,5 кг. Вместимость каждого элемента 3 л. Удельная площадь поверхности для образования биопленки 30 м²/м³. Всего в БТБ были установлены 29 гофрированных элементов и 31 решетка. Суммарный объем жидкости в установке составил 90 л. Расход сточных вод в третьей серии опытов был увеличен до 14 м³/сут. Несмотря на увеличение нагрузки эффект снижения загрязнений был даже несколько выше, чем в двух первых сериях опытов (табл. 15 и 16). Это, по-видимому, объясняется лучшими гидравлическими условиями и большей площадью поверхности для образования биопленки в верхней части БТБ.

Таблица 15. Результаты очистки бытовых сточных вод на биотенке и на биотенке-биофильтре (БТБ)

Таблица 16. Технологические показатели работы биотенка и биотенка-биофильтра при очистке бытовых сточных вод

В четвертой серии опытов производили промежуточный анализ сточных вод после обработки в верхней части БТБ (т. е. в биотенке). Исследования проводили, как и в третьей серии, при расходе сточных вод 14 м³/сут. При оценке производительности биотенка было получено, что в перерасчете на объем воды, находящейся в гофрированных элементах, окислительная мощность по снятой БПК_полн достигала 10 кг/(м³-сут). В трех (последних сериях опытов в БТБ биофильтр играл роль II ступени биологической очистки и, как видно из результатов четвертой серии опытов, снижал концетрацию загрязнений после биотенка в среднем на 40%. При этом окислительная мощность 1 м² площади поверхности загрузочного материала по снятой БПК_полн составляла 12 г/сут. Технологические показатели работы биотенка, биофильтра и БТБ в целом, приведенные в табл. 16, свидетельствуют о высокой производительности этой компактной установки.

Таким образом, проведенные исследования показали, что биофильтры с жесткими пластмассовыми загрузками выдерживают высокие нагрузки по органическим загрязнениям до 2-2,5 кг БПК₅ на 1 м³ полезного объема биофильтра в сутки, обеспечивая. При этом эффективную очистку сточных вод.

На основании полупроизводственных исследований был запроектирован и построен комплекс очистных сооружений на расход 4000 м³/сут (рис. 24). Осветленные сточные воды из насосной станции подаются в здание, где расположены два биофильтра диаметром 6 м; сточная вода распределяется реактивными оросителями. Один биофильтр загружен гофрированной асбестоцементной загрузкой с высотой слоя 4 м; удельная площадь поверхности загрузки 56 м²/м³, плотность 250 кг/м³, пористость 88%; объем загрузки 110 м³. Второй биофильтр загружен пластмассовыми блоками в семь слоев, общей высотой 4,2 м. Нижние четыре слоя выполнены из чередующихся плоских и гофрированных полиэтиленовых листов, собранных в блоки с помощью стальных штырей. Удельная площадь поверхности загрузки 255 м²/м³, плотность 123 кг/м³, пористость 87%. Верхние три слоя выполнены из гофрированных листов, соединенных в блоки с помощью точечной сварки. Удельная площадь поверхности 144 м²/м³, плотность 69 кг/м³, пористость 93%. В среднем активная удельная площадь поверхности в биофильтре составляет 170 м²/м³ (с учетом 20% потерь за счет стыков), плотность - 100 кг/м³, пористость - 90%, объем загрузки - 115м8.

Рис. 24. Схема очистных сооружений с биофильтрами, загружаемыми жесткой блочной загрузкой: 1 - трубопровод для подачи неочищенных сточных вод; 2 - приемный резервуар; 3 - песколовки; 4 - двухъярусные отстойники; 5 - насосная станция; 6 и 7 - биофильтры соответственно с пластмассовой и асбестоцементной загрузкой; 8 - вторичные вертикальные отстойники; 9 - хлораторная; 10 - смеситель; 11 - контактные резервуары; 12 - трубопровод для выпуска очищенных сточных вод; 13 - пескопровод; 14 - песковые площадки: 15 - трубопровод для выпуска осадка из двухъярусных отстойников; 16 - иловые площадки; 17 - трубопровод для выпуска избыточной биопленки; 18 - то же, осадка из контактных резервуаров

Биофильтр с асбестоцементной загрузкой (рис. 25) был введен в эксплуатацию в 1970 г., на него поступало 1500 м³ сточных вод в сутки при гидравлической нагрузке 13,5 м³/(м³-сут). Биофильтр с полиэтиленовой загрузкой (рис. 26) был введен в эксплуатацию в 1971 г., на него поступало 2500 м³ сточных вод в "сутки при гидравлической нагрузке 21,8 м³/(м³-сут). Результаты, полученные при эксплуатации этих биофильтров (табл. 17), свидетельствуют о высокой производительности и эффективности их работы. Так, на биофильтре с пластмассовой загрузкой была достигнута окислительная мощность по снятой БПК_полн 3 кг/(м³-сут) при нагрузке по БПК_полн 3,5 кг/(м³-сут), а на биофильтре с асбестоцементной загрузкой окислительная мощность по снятой БПК_полн составила 1,8 кг/(м³-сут). Следует отметить, что биофильтр с асбестоцементной загрузкой не обеспечивал полной биологической очистки, поскольку работал со значительной перегрузкой; нагрузка по БПК_полн на 1 м² площади поверхности загрузочного материала достигала 40 г/сут, что в 2 раза превышало нагрузку на биофильтре с пластмассовой загрузкой.

Таблица 17. Результаты очистки бытовых сточных вод

на производственных биофильтрах с асбестоцементной и пластмассовой загрузкой

Рис. 25. Биофильтр с асбестоцементной загрузкой

Рис. 26. Биофильтр с пластмассовой загрузкой

На основании исследований авторами было разработано несколько видов загрузочных материалов для биофильтров, в том числе засыпные элементы и жесткие ячеистые элементы, из которых собираются пространственные блоки различных конфигураций в плане (рис. 27).

Рис. 27. Засыпной элемент (а) и пространственный пластмассовый блок (б)