Фильтр с псевдоожиженным слоем.

[Ил.]

2.3.2. Фильтры ФЛОПАК фирмы “Дегремон” (Франция)

Затопленный фильтр ФЛОПАК французской фирмы “Дегремон” (рис. 2.4) представляет собой цилиндрическую или прямоугольную емкость выполненную из стали или пластмассы, с бетонным основанием. На ее дне установлены патрубки для отведения очищенной воды, подачи промывной воды и воздуха, необходимых для водо-воздушной промывки, а также перфорированная перегородка, на которую укладывается загрузка.

Рис. 2.4. Схема затопленного фильтра ФЛОПАК: 1 – подача промывной воды; 2 – подача воздуха при промывке; 3 – насос для подачи воды на очистку; 4 – загрузка; 5 – корпус; 6 – переливное устройство; 7 – трубопровод подачи воды на очистку; 8 – воздуховод; 9 – максимальный уровень воды на фильтре; 10 – минимальный уровень воды на фильтре; 11 – аэраторы; 12 – уровень поверхности загрузки; 13 –трубопровод для отведения очищенной воды; 14 – поддерживающая перфорированная перегородка
Особенностью фильтра является загрузка из пористого материала – биолита крупностью от 0,5 до 4,0 мм. Высота ее слоя – до 2 м. Загрузка фильтра всегда находится под водой. Минимально допустимый уровень воды в фильтре поддерживается отметкой (высотой) трубопровода для отведения очищенной воды. Над уровнем загрузки в толще воды расположены дисковые или колпачковые аэраторы, с помощью которых производится предварительное насыщение воды воздухом (до 7–8 мг/л растворенного кислорода).

Сточная вода подается в верхнюю часть фильтра, очищенная отводится снизу. По достижении максимально допустимого уровня воды производится обратная промывка фильтра при одновременной подаче воды и воздуха. Наличие последнего необходимо для обеспечения интенсивного трения гранул загрузочного материала и отрыва от них пленки. Количество воды, необходимое для обратной промывки, составляет 1–5 % от объема воды, очищенной за фильтроцикл. Промывная вода удаляется из фильтра через сливное устройство.

Фильтр ФЛОПАК получил практическое применение в установках физико-химической очистки с последовательным коагулированием, отстаиванием и фильтрованием сточных вод. Эффект очистки сточных вод на фильтрах этого типа, обслуживающих туристский комплекс во Франции, представлен в табл. 2.2.

Результаты получены при скорости фильтрования 4 м/ч. При этом органическая нагрузка на фильтр составляла 2 кг БПК5/(м3 сут). Следует отметить высокую степень нитрификации (снижение концентрации аммонийного азота в процессе очистки достигает 93,6%). Фирмой “Дегремон” разработана конструкция биофильтра, предусматривающая подачу сточных вод снизу вверх (при неподвижном слое загрузки), что позволяет достигать высокой степени нитрификации (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Схема нитрифицирующего затопленного фильтра: 1 – компрессор; 2 – расходомер; 3 – подача воздуха; 4 – отведение промывной воды; 5 – отведение нитрифицированной воды; 6 – загрузка; 7 – подача биологически очищенной воды на очистку; 8 – подача промывной воды; 9 – насос промывной воды; 10 – питающий насос; 11 – поддерживающий слой загрузки; 12 – сопло
Загрузкой фильтра также служит биолит крупностью 1,9 мм (высота слоя – 2,7 м). Высота поддерживающего слоя из гравия крупностью 8 мм – 0,5 м. Фильтр оборудован трубчатой крестообразной системой подачи биологически очищенной воды на нитрификацию, которая имеет отверстия, обращенные вниз. Воздух поступает через четыре сопла, расположенные у дна. Периодическая промывка фильтра очищенной водой производится через специальную распределительную систему без отключения подачи воздуха и в направлении фильтрования (снизу вверх). Промывная и обработанная (нитрифицированная) воды отводятся по двум отдельным трубопроводам, находящимся в верхней части фильтра.

Исследования по определению оптимальной скорости фильтрования и расхода воздуха для глубокой нитрификации сточных вод после очистки в аэротенках и вторичных отстойниках показали следующее. В процессе фильтрования биологически очищенных сточных вод в загрузке фильтра вырастает нитрифицирующая микрофлора, количество которой в 8–9 раз больше, чем в традиционных аэротенках, что обусловливает высокую скорость нитрификации. Количество биомассы и содержание в ней нитрифицирующих бактерий зависят от скорости фильтрования (изменялась от З до 10 м/ч). Установлено, что оптимальной для роста нитрифицирующей биомассы является скорость 5 м/ч, ее количество составляет 2830 мг/л.

Расход воздуха изменялся от 1 до 2 м3 на 1 м3 очищаемой воды. При удельном расходе воздуха 1 м3/м3 отмечалось заметное снижение эффективности нитрификации, которое не было связано с недостатком растворенного кислорода, так как его концентрация по всей высоте загрузки не падала ниже 4 мг/л. Это связано с тем, что при удельном расходе воздуха 2 м3/м3 улучшается турбулентность в теле биофильтра, что приводит к лучшему восстановлению поверхности обмена и, соответственно, к повышению эффективности нитрификации.

Несмотря на аэрацию всей загрузки, и, следовательно, на возможность выноса взвешенных веществ с очищенной водой, эффект очистки по этому показателю составляет 64–95 % при скорости фильтрования
3–7,5 м/ч (табл. 2.3).

Содержание взвешенных веществ в очищенной воде не превышало 6–8 мг/л при скорости фильтрования 5–7,5 м/ч. Если скорость фильтрования выше или необходимо обеспечение более низких концентраций взвешенных веществ, то требуется дополнительное фильтрование на скором песчаном фильтре.

[Ил.]

2.3.3. Фильтры БИОКАРБОН фирмы “ОDA” (Франция)

Основным загрузочным материалом затопленных фильтров БИОКАРБОН является активный уголь. Однако в ряде случаев признано целесообразным применять гранулированные загрузки из глинистых материалов, выбор которых осуществляется в зависимости от характера углеродсодержащих загрязнений, их концентрации и места фильтра в технологической схеме очистки сточных вод. Так, в случае использования фильтра для очистки сточных вод, прошедших только грубую механическую очистку или механическую очистку в сочетании с первичным отстаиванием, возможно применение специально обработанной глины (из группы филлитовых силикатов). Если производится доочистка, то целесообразно использование активного угля. В обоих случаях рекомендуется загрузка крупностью 2–5 мм и высота слоя 1 м.

Фильтрование сточных вод на установках БИОКАРБОН осуществляется сверху вниз (рис. 2.6). Воздух подается в нижнюю часть фильтра через соответствующее сопло, расположенное на высоте 20 см от его основания. Аэрация нисходящего потока позволяет повысить эффект фильтрации и обеспечить более полный массоперенос кислорода, поскольку имеет место противоток воды и воздуха. Для повышения качества очистки предусмотрена рециркуляция фильтрованной воды, которая в определенном количестве насосом перекачивается в верхнюю часть сооружения, куда поступают и исходные сточные воды. Очищенная вода отводится с низа фильтра и собирается в резервуаре, где хранится в количестве, необходимом для одной промывки фильтра.

Рис. 2.6. Схема очистки на затопленном фильтре биокарбон: 1 – подача воздуха при промывке; 2 – подача воздуха в рабочем режиме; 3 – отведение осадка; 4 – резервуар для сбора промывных вод; 5 – воздуходувка; 6 – подача воды на очистку; 7 – максимальный уровень воды в фильтре; 8 – затопленный фильтр; 9 – отведение промывной воды; 10 – отведение очищенной воды; 11 – резервуар очищенной воды; 12 – уровень воды в резервуаре после промывки фильтра

Фильтр выводится на промывку автоматически по достижении максимально допустимого уровня воды, при этом происходит автоматическое отключение ее подачи. В процессе промывки одновременно с промывной водой осуществляется подача воздуха в нижнюю часть фильтра. Обратная водовоздушная промывка производится 1–2 раза в сутки в течение 20 мин. Использованная промывная вода собирается в промывные карманы, расположенные в верхней части фильтра, и отводится в специальный резервуар, где отстаивается. Осадок после отделения удаляется на обезвоживание, а осветленная вода возвращается на очистку.

Опыты по очистке городских сточных вод на модельных установках фильтров БИОКАРБОН, а также шестилетняя эксплуатация очистной станции в г. Гавре (Франция) производительностью 1 тыс. м3/сут позволили получить данные о зависимости эффекта очистки от органической нагрузки по ХПК (рис. 2.7) и органической нагрузки по ХПК и температуры сточной воды (рис. 2.8). Как показано на рис. 2.7, при температуре сточной воды 5–I0 0С полная биологическая очистка происходит при органических нагрузках по ХПК до 6–8 кг/ (м3 сут). Биологическая очистка с нитрификацией (удаление аммонийного азота на 70–80 %) происходит при нагрузках по ХПК до 4 кг/ (м3 сут).


Рис. 2.7 Зависимость эффекта очистки от органической нагрузки

Рис. 2.8. Зависимость эффекта очистки от органической нагрузки и температуры сточных вод
Повышение температуры сточной воды до l5–20 0С приводит к возможности увеличения органической нагрузки по ХПК до 15 кг/(м3 сут) с одновременным обеспечением результата полной биологической очистки.

Содержание взвешенных веществ в сточной воде соответственно снижается в среднем со 150 до 2–5 мг/л, величины ХПК и БПК5 – с 580 и 320 до 50 и 10 мг О2/л. Высокое качество очистки позволяет использовать их повторно для сельскохозяйственного водоснабжения и удовлетворения некоторых нужд промышленности. В настоящее время очистка сточных вод с применением фильтра БИОКАРБОН начинает широко внедряться в эксплуатацию.

В ряде случаев современные требования к качеству очищенных сточных вод включают глубокое удаление соединений азота. Для этого требуется проведение двух процессов биологической очистки – нитрификации и денитрофикации на соответствующих сооружениях. В схеме, предложенной фирмой “Дегремон” (рис. 2.9), в качестве нитрификатора используется фильтр БИОКАРБОН, но во втором случае воздух в него не подается. Особенностью предложенного решения является размещение денитрификатора перед нитрификатором и, как следствие, рециркуляция 80–90 % очищенных стоков. Таким образом, сточные воды после первичного отстаивания подаются в денитрификатор, куда поступает еще 4–4,5 объема очищенной рециркулируемой воды, прошедшей и нитрификатор, и денитрификатор. В качестве углеродного субстрата при денитрификации нитрифицированного стока используются неочищенные сточные воды.
[img]Повышение температуры сточной воды до l5–20 0С приводит к возможности увеличения органической нагрузки по ХПК до 15 кг/(м3 сут) с одновременным обеспечением результата полной биологической очистки.

Содержание взвешенных веществ в сточной воде соответственно снижается в среднем со 150 до 2–5 мг/л, величины ХПК и БПК5 – с 580 и 320 до 50 и 10 мг О2/л. Высокое качество очистки позволяет использовать их повторно для сельскохозяйственного водоснабжения и удовлетворения некоторых нужд промышленности. В настоящее время очистка сточных вод с применением фильтра БИОКАРБОН начинает широко внедряться в эксплуатацию.

В ряде случаев современные требования к качеству очищенных сточных вод включают глубокое удаление соединений азота. Для этого требуется проведение двух процессов биологической очистки – нитрификации и денитрофикации на соответствующих сооружениях. В схеме, предложенной фирмой “Дегремон” (рис. 2.9), в качестве нитрификатора используется фильтр БИОКАРБОН, но во втором случае воздух в него не подается. Особенностью предложенного решения является размещение денитрификатора перед нитрификатором и, как следствие, рециркуляция 80–90 % очищенных стоков. Таким образом, сточные воды после первичного отстаивания подаются в денитрификатор, куда поступает еще 4–4,5 объема очищенной рециркулируемой воды, прошедшей и нитрификатор, и денитрификатор. В качестве углеродного субстрата при денитрификации нитрифицированного стока используются неочищенные сточные воды.

Рис. 2.9 Схема глубокого удаления азота с использованием фильтров типа БИОКАРБОН: 1 – подача сточной воды на очистку; 2 – денитрификатор типа БИОКАРБОН; 3 – нитрификатор типа БИОКАРБОН; 4 – осветлитель; 5 – очищенная вода; 6 – рециркуляционный поток нитрифицированной воды

Два последовательно работающих затопленных биофильтра с рециркуляцией нитрифицированных стоков обеспечивают глубокую очистку с удалением 80–90 % соединений азота. Процесс осуществлен на станции очистных сточных вод городов Суасон и Вальбон (Франция).

Французской фирмой ОДА был предложен другой способ денитрификации городских сточных вод на базе затопленных фильтров БИОКАРБОН и использование автотрофных микроорганизмов типа thilobcillus denitrificans, развивающихся на загрузке, представляющей собой смесь серосодержащего вещества со щелочным или шелочно-земельным карбонатом, которая может служить для них источником питания.

Удаление соединений азота основано на автотрофной денитрификации с потреблением серы и карбонатов.

[Ил.]

2.3.4. Биологическая доочистки сточных вод на японских фильтрах

В Японии затопленные биофильтры получили широкое распространение. Здесь созданы разнообразные конструкции таких фильтров. Например, для очистки сточных вод от органических загрязнений используется двухслойный фильтр в виде вертикальной колонны (рис. 2.10).

Рис. 2.10 Схема двухслойного затопленного фильтра: 1 –подача воды на очистку; 2- отведение промывной воды; 3 – подача воздуха; 4 – отведение очищенной воды; 5 – резервуар очищенной воды; 6 – сброс очищенной воды; 7 – насос для подачи промывной воды; 8 – подача очищенной воды на промывку; 9 – двухслойная загрузка

Рис. 2.11 Схема затопленного фильтра с усовершенствованной системой аэрации: 1- подача воды на очистку; 2 – отведение очищенной воды; 3 – электродвигатель; 4 – подача воздуха; 5 – вертикальная труба; 6 – загрузка; 7 – перфорированная крестовина; 8 – воздуходувка

В нижней части этой колонны располагается трубчатая система для подачи воздуха. Загрузка, состоящая из песка и гальки, разделена перфорированной перегородкой на верхний и нижний слои. Высота верхнего слоя крупностью 1–50 мм – 100 см, нижнего – крупностью 0,2–10 мм – 30 см.

Сточные воды по трубопроводу подаются в верхнюю часть фильтра, воздух – в нижнюю. На аэрацию загрузки расходуется 1–З м3 воздуха в расчете на
1,0 м3 сточных вод. Очищенная вода собирается в резервуаре, откуда при необходимости забирается насосом и направляется на промывку фильтра. При органической нагрузке на сооружение, равной по БПК 5 кг/(м3 сут), величина БПK5 сточной воды снижается с 200 до 9 мг О2/л. При этом эффект очистки составляет 95,5 %.

Конструкция другого затопленного фильтра (рис. 2.11) отличается оригинальной системой подачи воздуха в загрузку, а именно – по центральной вертикальной трубе, заканчивающейся внизу перфорированной крестовиной, которая вращается в поддонном пространстве. Это обеспечивает равномерное распределение воздуха по всему объему загрузки. Сточные воды поступают в нижнюю часть фильтра, отводятся по кольцевым лоткам, расположенным в его верхней части [2].

Технология очистки сточных вод с помощью биофильтра, схема которого приведена на рис. 2.12, предусматривает их рециркуляцию. Фильтр представляет собой вертикальную колонну с загрузкой из двух слоев фильтрующего материала: нижний, или первый по ходу фильтрования, слой состоит из гальки и щебня крупностью около 10 мм, верхний, второй – из более мелкого материала крупностью около 5 мм. В качестве материала загрузки верхнего слоя могут быть использованы также цеолитизированные туфы, пемза и другие фильтрующие материалы.

Рис. 2.12. Схема затопленного фильтра с рециркуляцией сточных вод: 1 – водораспределительная труба; 2 – труба для отвода отсасываемой воды; 3 – боковая зона пневматической аэрации; 4 –подача сточной воды на очистку; 5 – подача воздуха; 6 – подача рециркулируемой воды; 7 – отведение очищенной воды; 8 – резервуар очищенной воды; 9 – насосы; 10 – подача воды на повторную очистку; 11 – подача промывной воды; 12 – двухслойная загрузка

Между слоями загрузки размещена труба, по которой часть отсасываемой воды направляется на рециркуляцию. Насыщение воды растворенным кислородом происходит в боковой зоне, отделенной от фильтра вертикальной перегородкой, не доходящей до дна. Аэратор расположен в нижней части боковой зоны.

Сточные воды вначале подаются в боковую зону на аэрацию, затем в нижнюю часть сооружения на фильтрование в направлении снизу вверх, очищенная вода собирается в лотке и отводится по трубопроводу.

Технологией предусмотрена повторная очистка отфиль-трованной воды, для чего она собирается в специальном резервуаре, откуда по водораспределительной трубе, расположенной под загрузкой, поступает на повторную обработку. В режиме промывки по этой же трубе подается промывная вода. При очистке сточных вод с загрязнениями: по БПК5 – примерно 150 мг О2/л, ХПК – 200 мг О2/л, взвешенным веществам – примерно 250 мг/л и аммонийному азоту – 40 мг/л двукратное фильтрование обеспечивает снижение значений первого показателя до 20 мг О2/л, второго – до 20 мг О2/л, третьего – до 30 мг/л, четвертого – до 20 мг/л (трехкратное – соответственно до 5,10,5 и 1 мг/л).

Биофильтр со взвешенным слоем загрузки (рис. 2.13) состоит из двух коаксиально установленных цилиндров: внутренний – без дна, короче внешнего, с коническим днищем. Загрузка из частицы древесины крупностью 5 мм, располагаемая во внутреннем цилиндре, занимает около 20 % его объема и поддерживается во взвешенном состоянии потоками воды и воздуха.


Рис. 2.13 Схема фильтра со взвешенным слоем загрузки: 1 – подача сточной воды на очистку; отведение очищенной воды; 3 – разделительная перегородка; 4 – циркулирующий поток; 5 – межцилиндровое пространство; 6 – внутренний цилиндр со взвешенным слоем загрузки; 7 – аэратор; 8 – подача воздуха; 9 – внешний цилиндр

Воздух в фильтр подается через аэратор, расположенный под нижним краем внутреннего цилиндра, сточные воды – сверху в боковое межцилиндровое пространство. Оно отделено перегородкой от верхней части внешнего цилиндра, откуда отводится очищенная вода, часть которой направляется на рециркуляцию.

При органической нагрузке по БПК5 4,8 кг/ (м3 сут) эффект очистки составляет 90–95 %.

[Ил.]

2.3.5. Фильтр OKСИПOP НИИ КВОВ АКХ им. А.Д.Памфилова

В 1981 г. специалистами НИИ КВОВ АКХ им. А.Д. Памфилова разработана оригинальная конструкция затопленного фильтра ОКСИПОР [2], название которого связано с происходящим в нем процессом окисления органических загрязнений на пористой поверхности загрузки. Этот процесс осуществляется за счет жизнедеятельности микроорганизмов, развивающихся на поверхности зерен загрузки и в межпоровом пространстве. На фильтре происходит также задержание взвешенных веществ.

Фильтр ОКСИПОР (рис. 2.14) представляет собой емкость, оборудованную подводящими и отводящими трубопроводами, которая заполнена недробленым керамзитом крупностью 5–10 мм, плотностью 700–900 кг/м3 и высотой слоя 1,2–1,5 м. Направление движения очищаемой воды в фильтре – сверху вниз. Вода на очистку подается по трубопроводу через распределительную воронку фильтра, отводится по трубчатой распределительной системе через водослив в виде сифона, что необходимо для подержания загрузки в затопленном состоянии.

Рис. 2.14. Схема затопленного фильтра ОКСИПОР: 1 – трубопровод для воды на очистку; 2 – корпус фильтра; 3 – распределительная воронка; 4 – карман для отведения промывной воды; 5 – сифон; 6 – трубопровод для отведения промывной воды; 7 – верхняя система распределения воздуха; 8 – распределительная система для сбора очищенной и подачи промывной воды; 9 – нижняя система распределения воздуха

На глубине 50–70 см от верха загрузки располагается верхняя трубчатая воздухораспределительная система, с помощью которой производится аэрация верхней части загрузки. При обратной водовоздушной промывке фильтра по трубчатой распределительной системе подается промывная вода, а по нижней воздухораспределительной системе, расположенной у дна, – воздух. Обе системы уложены в подстилающем слое гравия крупностью 10–20 мм и высотой 400 мм. Промывная вода отводится через специальный карман.

Введение воздуха в середину загрузки и в противоток воде в фильтрах ОКСИПОР преследует следующие цели:

– выделение в фильтре двух зон: биологического окисления (в верхней части) и механического фильтрования (в нижней части);

– обеспечение оптимальных условий массопередачи кислорода из газообразной фазы в жидкую.

Решение этих задач позволило интенсифицировать очистку, отказавшись от применения дополнительных сооружений для осветления воды.

При такой технологии очистки происходит быстрое насыщение воды растворенным кислородом (до 5–6 мг/л – в верхней части фильтра и 2–3 мг/л – в нижней); ее движение через загрузку создает условия постоянного снабжения микроорганизмов биопленки питательным субстратом и растворенным кислородом, а также обеспечивает отведение продуктов метаболизма. Такие условия обусловливают развитие аэробных микроорганизмов, обладающих высокой окислительной и флокулирующей способностью, а также низким приростом биомассы. Промывная вода возвращается в “голову” очистных сооружений, что улучшает эффект осветления воды в первичных отстойниках.

Впервые фильтры ОКСИПОР нашли практическое применение в технологических схемах станций физико-химической очистки сточных вод на завершающем этапе обработки воды, например, после ее предварительного коагулирования и отстаивания. Такая схема впервые применена в 1983 г. в г. Радвилишкисе Литовской ССР на станции производительностью 10 тыс. м3/сут. Расчетные параметры фильтров в схемах физико-химической очистки: скорость фильтрования – 3 м/ч, удельный расход воздуха – 3 м3 на 1 м3 очищаемой воды, интенсивность подачи промывной воды – 14–16 л/c м2, частота промывки – один раз в сутки .

Как показала практика, фильтры ОКСИПОР могут выдерживать большие гидравлические (до 120 м3/м2 сут.) и органические (до 2,0–2,5 кг БПК5/м3 сут.) нагрузки. Эффект очистки составляет: по взвешенным веществам – до 90 %, по БПK5 – до 70 %, по ХПК – до 60 %. Следует отметить, что неравномерное поступление сточных вод на фильтры не оказывает отрицательного влияния на их работу.

В случае необходимости возможно использование фильтров ОКСИПОР в двухступенчатых схемах на станциях физико-химической очистки.

Такие станции производительностью 15 и 10 тыс. м3/сут. спроектированы ЦНИИЭП инженерного оборудования для пос. Вынгапур Тюменской области и Союзводоканалпроектом для пос. Минской АТЭЦ.

На основе анализа сведений, полученных в процессе эксплуатации экспериментальных образцов фильтров ОКСИПОР в качестве основного сооружения биологической очистки в Москве и Норильске, установлена необходимая для достижения требуемого эффекта очистки (пo БПК5 85 % 12 мг/л) скорость фильтрования: в первом случае – 3,0–3,5, во втором – 6,0 м/ч. Это обусловлено более высокой степенью загрязненности и более низкими температурами сточных вод Москвы. В процессе исследований повышение скорости фильтрования от 3 до 6 м/ч (г. Москва) и от 1 до 8 м/ч (г. Норильск) приводило к снижению качества очистки воды, которое оценивалось по БПК5, ХПК и взвешенным веществам, а также по аммонийному азоту. При этом процессы окисления загрязнений протекали до начала второй стадии нитрификации (табл. 2.4).

Установлено, что эффективность очистки зависит от концентрации загрязнений в поступающей воде и скорости фильтрования, т.е. от органической нагрузки на фильтр. На рис. 2.15. приведена зависимость эффекта очистки от органической нагрузки, а также экспоненциальная и линейная модели, аппроксимирующие экспериментальные данные (скорость фильтрования 1–8 м/ч, БПК5 исходной воды – 28–204 мг/л, температура воды – 17–28 °С).


Рис. 2.15. Зависимость эффекта очистки сточных вод от органической нагрузки на фильтр

Прирост активного ила (биопленки) в фильтре ОКСИПОР определялся на основании учета количества взвешенных веществ, содержащихся в поступающей, очищенной и промывной воде за период одного фильтроцикла. При промывке фильтра часть взвешенных веществ (биопленки) остается в загрузке, количество ее остается практически постоянным.

Балансовый расчет, выполненный с учетом этих допущений, показал, что процесс интенсивного биологического окисления в фильтре сопровождается отсутствием прироста взвешенных веществ. Более того, при увеличении скоростей фильтрации с 3 до 6 м/ч и органических нагрузок по БПK5 с 6 до 17 кг/(м3сут) содержание взвешенных веществ в фильтре уменьшается.

В процессе очистки воды наблюдались следующие изменения качества взвеси. Если в поступающей воде присутствовали полидисперсные частицы органического и минерального происхождения, содержащие весьма незначительную часть бактериальных загрязнений, то в промывной воде наблюдались в основном зооглейные скопления и прикрепленные формы микроорганизмов (Vortieella, Opereularia и др.), а также значительное количество подвижных форм, относящихся к классам инфузорий, коловраток, диатомовых водорослей, нитчатых бактерий и т.д.

С увеличением органической нагрузки на фильтр в процесс биологического окисления вовлекаются не только растворенные органические загрязнения, но и органическая часть взвешенных веществ, преобразовываемая в достаточно глубоко минерализованную биомассу, о чем свидетельствует низкий иловый индекс – 40–50 см3/г.

Для обеспечения нормальной работы фильтра ОКСИПОР требуется периодическая водовоздушная промывка, частота которой зависит от концентрации загрязнений в поступающей воде. Так, при содержании взвешенных веществ 70–100 мг/л, промывку необходимо осуществлять один раз в сутки, если содержание взвешенных веществ составляет 120–150 мг/л – дважды.

По результатам проведенных исследований (рис. 2.16) предложена одноступенчатая схема очистки городских сточных вод с применением фильтра ОКСИПОР в качестве основного сооружения биологической очистки. Схема включает следующие элементы: механизированные решетки или самоочищающиеся сетки (в зависимости от производительности очистных сооружений), песколовки для задержания крупных включений и песка; первичные отстойники; фильтр ОКСИПОР, на котором окисляются органические загрязнения и задерживаются не осевшие взвешенные вещества и биопленка; контактные резервуары, где производится обеззараживание воды перед сбросом в водоем.


Рис. 2.16. Схема очистки городских сточных вод с применением фильтра ОКСИПОР: 1 – решетки; 2 – песколовки; 3 – первичные отстойники; 4 – фильтры ОКСИПОР; 5 – контактные резервуары; 6 – резервуар для сбора очищенной воды; 7 – резервуар для сбора промывной воды

Расчетная скорость фильтрования составляет 3 м/ч, форсированная – 4 м/ч. Указанные параметры справедливы при БПК5 исходной воды не более 200 мг О2/л и обеспечивают полную биологическую очистку (БПK5 очищенной воды 12 мг О2/л). Удельный расход воздуха составляет 3 м3 на 1 м3 обрабатываемой воды. Обратная водовоздушная промывка осуществляется поэтапно: на первом производится продувка воздухом интенсивностью 5–7 л/(с м2) в течение 2–3 мин, на втором – совместная подача воздуха (той же интенсивностью) и воды (интенсивностью
5–6 л/(с м2) в течение 5 мин, на третьем – промывка интенсивностью
14–16 л/(с м2) в течение 5 мин. Для этого используется очищенная вода, хранящаяся в специальном резервуаре. Грязная вода собирается в отдельной емкости, оборудованной простейшей системой аэрации для поддержания биопленки вo взвешенном состоянии. Равномерная подача промывных вод из резервуара в “голову” очистных сооружений способствует повышению эффекта отстаивания на 20–30 %. Образующийся осадок (0,2–0,4 % от объема обрабатываемой воды) представляет собой смесь сырого осадка и биопленки в соотношении примерно 4:1, присутствие которой не ухудшает его свойства.

Для определения возможности более глубокого удаления загрязнений с помощью фильтров OКСИПOP были проведены исследования двухступенчатых схем очистки городских сточных вод Москвы и Норильскa. Результаты исследований по очистке сточных вод г. Москвы показали, что в процессе фильтрования со скоростью 6 м/ч на первой ступени (органическая нагрузка по БПK5 – 13–17 кг/(м3 сут) обеспечивается снижение БПК5 в среднем на 75 %, а взвешенных веществ – на 70–78 %. Повышение скорости фильтрования на второй ступени с 1,5 до 3,0 м/ч, сопровождающееся увеличением содержания органической нагрузки по БПК5 с 0,9 до 1,9 кг/(м3 сут), приводило к снижению эффекта по этому показателю с 51–62 до 35 %.

При этом наблюдалось торможение процесса нитрификации: количество нитратов снижалось с 2–3 мг/л при скорости фильтрования 1,5–2,5 м/ч до 0,5 мг/л при скорости фильтрования 3,0 м/ч.

По сравнению с одноступенчатой, двухступенчатая схема гарантирует более глубокую степень очистки: по взвешенным веществам – 92–93 %, по БПК5 – 88–89 %, по аммонийному азоту – 38–52 %, кроме того, она более надежна в эксплуатации при залповых поступлениях загрязнений.

Для менее загрязненных сточных вод Норильска общий эффект очистки составил: по взвешенным веществам – 97 %, по ХПК – 80 %, по БПK5 – 94 %, что превышает эффект очистки при одноступенчатой схеме. При этом скорость фильтрования была 8 м/ч на первой ступени (органическая нагрузка по БПK5 14 кг/(м3 сут) и 4 м/ч на второй (органическая нагрузка по БПK5 1,4 кг/(м3 сут)) в то время, как при одноступенчатой схеме скорость фильтрования составила 6 м/ч (органическая нагрузка по БПK5 – 17 кг/(м3 сут)).

Технологическая схема двухступенчатого фильтрования с использованием фильтров ОКСИПОР по составу сооружений и их расчетным параметрам аналогична одноступенчатой схеме. На фильтре первой ступени расчетная скорость фильтрования составляет 5 м/ч, форсированная – 6 м/ч. На фильтрах второй ступени скорость фильтрования – 2,6 м/ч, удельный расход воздуха – 3 м3 на 1 м3 обрабатываемой воды. Указанные параметры обеспечивают качество очищаемой воды на уровне доочистки (БПК5 – 5 мг/л) и справедливы при БПК5 исходной воды не более 200 мг/л. Объем образующегося осадка – 0,3–0,5 % от объема обрабатываемой воды.

В результате исследований можно сделать вывод о целесообразности применения фильтров ОКСИПОР в качестве основного сооружения в схемах полной биологической и глубокой очистки вместо традиционных биофильтров и аэротенков. При этом нет необходимости в использовании вторичных отстойников, резко сокращается продолжительность пребывания сточных вод в сооружении, снижается расход воздуха по сравнению с аэротенками и аэрофильтрами.

Технико-экономическая оценка и сравнение схем полной биологической и глубокой очистки на фильтрах ОКСИПОР и традиционной (в аэротенках и вторичных отстойниках, а также с дополнительной доочисткой на антрацит-песчаных фильтрах) доказали эффективность предложенных решений.

Фильтры OКCИПOP являются эффективным средством для доочистки сточных вод благодаря отсутствию таких недостатков, как кольматация загрузки и создание в ней анаэробных условий, имеющихся в традиционных установках: каркасно-засыпных и двухслойных с восходящим потоком воды фильтров. Ликвидировать отмеченные недостатки удалось, во-первых, за счет динамического воздействия воздуха на зону кольматации и применения более высокой крупности загрузки и, во-вторых, путем создания строго аэробных условий доочистки в результате принудительной аэрации фильтра. Кроме того, применение относительно крупной загрузки повышает грязеемкость фильтра: воздух беспрепятственно проходит через нее, не образуя застойных зон воздушных полостей, которые неизбежно приводили бы к резкому возрастанию потерь напора в фильтре.

Кислородный режим доочистки и связанная с ним возможность доокислять не снятые на биологической ступени загрязнения обусловлены строго аэробными условиями, благоприятными для развития аэробных форм микроорганизмов, способных, в свою очередь, окислить даже трудноокисляемые вещества. Кроме того, эти микроорганизмы имеют низкий прирост биомассы и высокую флокулирующую способность, являющуюся причиной увеличения адгезионных свойств взвеси, что обеспечивает высокий эффект очистки от нее, несмотря на достаточно крупную загрузку. В результате испытания фильтров на очистных сооружениях Москвы, Норильска и Ходорова определена оптимальная скорость фильтрования биологически очищенных сточных вод, при которой обеспечивается требуемый эффект очистки (82–85 %): соответственно 6,0, 8,0 и 3,0 м/ч. При этом БПК5 обработанной воды составляет 2–3 м/ч.

Различие в скоростях фильтрования связано с различием температур сточных вод, обусловленных местными условиями. Так, температура сточных вод в Норильске 26–28 0С, в Ходорове – 4–5 0С, в Москве – 15–14 0С.

Обобщенная зависимость эффекта доочистки от температуры воды доказывает, что снижение эффекта очистки с 80 до 50 % происходит при температуре ниже 100С (рис. 2.17). Учитывая, что температура городских сточных вод, как правило, не бывает ниже 120С, расчетной скоростью фильтрования является 6 м/ч, форсированной – 8 м/ч. Следует отметить, что зависимость от органической нагрузки не учитывается, так как, согласно нормам вода, поступающая на доочистку, имеет постоянную концентрацию загрязнений на уровне 15 мг О2/л по БПК5 и 12 мг/л – по взвешенным веществам.


Рис. 2.17. Зависимость эффекта доочистки от температуры сточных вод

При доочистке на фильтрах ОКСИПОР уровень БПK5 снижается в среднем на 80–82 %, ХПК – на 70 %, содержание взвешенных веществ – на 90 %. Происходит нитрификация стока: количество нитратов увеличивается с 0,5–2,0 до 10–12 мг/л – количество аммонийного азота снижается на 65–70 %. Технологическая схема, предусматривающая использование фильтра ОКСИПОР на ступени доочистки, включает сооружения, рассчитанные на полную биологическую очистку и контактные резервуары. Обратная водовоздушная промывка фильтров производится 1 раз в сутки. Объем вымываемых биопленки и взвешенных веществ составляет около 0,06 % от объема обрабатываемой воды при влажности осадка 98 %.

При сравнении технико-экономических характеристик схем доочистки с фильтром ОКСИПОР и традиционной (на антрацит песчаных фильтрах и в биопрудах, время пребывания в которых – 0,5 сут) – установлено, что применение первой схемы на станции производительностью 25 тыс м3/сут позволяет получить годовой экономический эффект в размере 52 тыс. р. за счет сокращения капитальных затрат на 158 тыс. р. и эксплуатационных – на 28,8 тыс. р. в ценах 1988 года.

Решение о применении фильтров ОКСИПОР для доочистки сточных вод должно приниматься на основании технико-экономической оценки, а также требований, предъявляемых местными санитарными органами к качеству очищенной воды, сбрасываемой в водоем, или специальных требований к качеству очищенной воды, в случае ее повторного использования.

На основании результатов исследований НИИ КВОВ разработал два технических задания на проектирование доочистки сточных вод с применением фильтров ОКСИПОР: первое – взамен ранее запроектированной доочистки на антрацит-песчаных фильтрах (при достижении равноценного качества очищенной воды), второе – в дополнение существующих сооружений биологической очистки (с целью улучшения качества очистки). Для первого случая институт Генпланов разработал проекты, по которым сейчас ведется строительство для г. Голицыно и г. Хотьково Московской области. При этом экономия капитальных затрат для этих двух станций производительностью по 25 тыс. м3/сут каждая должна составить 316 тыс. р., эксплуатационных затрат – 57,74 тыс. р.; ожидаемый годовой экономический эффект – 105,4 тыс. рублей в ценах 1988 года. Очищенная вода будет удовлетворять показателям: БПКполн – 3 мг О2/л, взвешенные вещества – 1,0–1,5 мг/л. Во втором случае ЦНИИЭП инженерного оборудования запроектировал фильтры ОКСИПОР в дополнение к сооружениям на существующей станции аэрации г. Норильска.

Здесь доочистка будет вестись со скоростью 10 м/ч, при этом очищенная вода будет отвечать требованиям: по БПК5 – 3 мг О2/л, по взвешенным веществам – 3 мг/л. Результаты последних исследований НИИ КВОВ показали, что фильтры ОКСИПОР могут успешно применяться для очистки сточных вод, включающих различные виды углеродсодержащих соединений, которые трудно поддаются биологической очистке (нефтепродукты, СПАВ, мыла, минеральные масла и т.д.), а также для обработки сильно загрязненных природных вод.

[Tachyt]

Серьезная подборка дружище Ил. Только сложноваты в использовании в узв, как на мой взгляд. В этой темке в самом начале есть песчаный фильтр, специально для узв, я такие видел на фиштехниковском осетровнике. Есть еще "эвосный" фильтр, с самоочисткой песка, тоже для узв сгодится.