10.3.1.3. Биофильтры

Биофильтры представляют собой сооружения, заполненные крупно­зернистым материалом, поверхность которого орошается сточной жид­костью. Орошение производится непрерывно либо периодически с промежутком 5--15 мин. При контакте сточной воды с образующейся на поверхности загрузочного материала биопленкой происходит сорб­ция и трансформация органических загрязняющих веществ клетками микроорганизмов. Материал загрузки должен иметь развитую поверх­ность, обладать достаточной пористостью, обеспечивающей необходи­мую аэрацию биофильтра и максимальный контакт очищаемой воды с биопленкой. Материал должен быть механически прочен и не содер­жать токсичных для микроорганизмов примесей. В качестве загрузоч­ного материала могут быть использованы щебень, шлак, галька.

Аэрация биофильтра может быть естественной и принудительной. Применение искусственной аэрации позволяет значительно интенсифи­цировать работу биофильтра. Устройство аэрируемого биофильтра (аэрофильтра) представлено на рис. 51.

В биофильтре происходит непрерывный процесс роста и отмирания биопленки. Омертвевшая биопленка смывается протекающей водой и выносится за пределы биофильтра. Очищенная вода поступает в от­стойник, где вынесенные частицы биопленки осаждаются. Эффект очистки нормально работающих биофильтров достаточно высок и достигает по БПК5 90%.

339

Микроорганизмы, населяющие биофильтры, идентичны тем, кото­рые образуются при почвенных методах очистки. Однако вследствие усиления аэрации численность микроорганизмов в биофильтре (в расчете на единицу массы) во много раз превосходит содержание поч­венных микроорганизмов на полях фильтрации.

Особенно характерно для биофильтров разрастание на поверхности загрузочного материала различных плесневых грибов. Эти микроорга­низмы также участвуют в минерализации органических веществ, одна­ко их чрезмерное разрастание при повышенной нагрузке на биофильтр может привести к образованию сплошной волокнистой пленки на поверхности биофильтра и вследствие этого к ухудшению аэрации, а иногда и к заиливанию биофильтра. Эффективной мерой борьбы с заиливанием является прекращение подачи сточной воды в биофильтр на 1—2 сут и перелопачивание поверхности фильтрующей загрузки. При появлении признаков заиливания рекомендуется перевод био­фильтра на очистку повышенного объема сточных вод с пониженной концентрацией загрязняющих веществ.

Широко применяются вращающиеся дисковые биофильтры, соче­тающие в себе достоинства обычных биофильтров и аэротенков. Сущ­ность процесса очистки сточных вод с помощью этих биофильтров состоит в окислении органических веществ в биопленке, образуемой иммобилизованными микроорганизмами. Материалом-носителем био­пленки является пенополистирол или асбестоцемент. Биопленка обра­зуется на поверхности дисков в результате естественной иммобилиза­ции клеток микрофлоры из городских сточных вод. Образующуюся пленку микроорганизмов можно адаптировать к новому субстрату. При многоступенчатой очистке сточных вод с применением дисковых био-340

фильтров, адаптированных к разным типам загрязняющих веществ, достигается высокая эффективность очистки сточных вод.

Сточные воды, очищаемые на биофильтрах и в аэротенках от раст­воренных и мелкодисперсных органических веществ, подвергают пред­варительной механической очистке от грубодисперсных взвешенных частиц. При очистке городских (хозяйственно-бытовых) сточных вод образуются большие количества осадков, утилизация которых пред­ставляет серьезную проблему. Такой осадок имеет неприятный запах, плохо сохнет, содержит большое число яиц гельминтов и различных патогенных микроорганизмов.

Эти осадки перерабатывают в специальных сооружениях — перегни-вателях, в которых происходит разложение твердого органического вещества под действием анаэробных микроорганизмов.

10.3.2. Анаэробное обезвреживание осадков

Под действием микроорганизмов в анаэробных условиях в осадке происходят значительные изменения:

— изменяется его физическая структура, что облегчит последующее высушивание осадка;

• уменьшается его масса, так как часть органических веществ распадается в результате брожения до газообразных продуктов;

• горючие газы, образующиеся при брожении органических осад­ков, могут использоваться в качестве топлива, а остаток от брожения —-в виде удобрений;

•— происходит снижение степени загрязнения осадка патогенными микроорганизмами.

Анаэробный процесс протекает в три стадии: 1) гидролиз органи­ческих соединений; 2) перевод сложных органических соединений в жирные и карбоновые кислоты, спирты, альдегиды; 3) ферментация простых органических соединений с образованием метана, углекисло­ты, воды, водорода, оксида углерода.

В бескислородных условиях наблюдается также интенсивная биоло­гическая денитрификация. При этом метаболические превращения

нитратов заканчиваются образованием N₂, N2O, NO или NOi- Органи­ческие вещества, содержащие азот, разлагаются с образованием аммиа­ка и газообразного азота. Распад серосодержащих органических ве­ществ сопровождается выделением сероводорода. В этих процессах принимает участие целый комплекс анаэробных микроорганизмов.

В практике очистки бытовых сточных вод анаэробные процессы используют в отстойниках, предназначенных одновременно для выде-

341

ления взвешенных веществ из сточных вод и для разложения выделен­ного осадка.

Наряду с обычными отстойниками (септиктенками) применяют так называемые двухъярусные отстойники (Эмщерские бассейны). Схема двухъярусного отстойника приведена на рис. 52.

j | {

Рис. 52. Схем» двухъярусного отстойника:

1 — перепаивающий осадок; 2 — осадочные желоба

При медленном протекании сточной жидкости по осадочным жело­бам 2 взвешенные вещества осаждаются, проваливаются через щели и попадают в нижний, септический, ярус отстойника. Нижние грани осадочных желобов перекрывают одна другую, так что пузырьки газа, образующиеся при анаэробном распаде осадка, не попадают в осветля­емую жидкость, проходящую по желобам. Перегнивший осадок 1 периодически выводится со дна двухъярусного отстойника. Большим преимуществом двухъярусного отстойника является возможность вы­пуска переработанного осадка в любое время без прекращения работы очистных сооружений.

Кислотность среды в двухъярусном отстойнике устойчиво держится в пределах рН 7,0—7,8. Этим объясняется отсутствие в газах брожения сероводорода. Состав газа — С0₂ (20-30%) и СН4 (70-80%). Образую­щийся при распаде серосодержащих органических веществ сероводо­род взаимодействует с растворенным в сточной воде железом и образу­ет сернистое железо, окрашивающее осадок в черный цвет.

Кислотность среды служит показателем нарушений технологическо­го режима переработки осадка. Если эксплуатация двухъярусного остойника не налажена и нормальный ход процессов брожения в нем нарушается, то происходит закисление среды, начинает выделяться 342

сероводород, накапливаются летучие кислоты. Причиной кислого брожения чаще всего бывает подача слишком большого количества осадка.

Перегнивание осадка продолжается 60—180 дней. За это время разлагается 40—60% органического вещества.

Двухъярусные отстойники применяют обычно для небольших очис­тных станций — производительностью до 10 тыс.м³/сут.

В практике биологической очистки сточных вод и переработки твердых органических осадков большое рас­пространение получили так называе­мые метанотеики (рис. 53).

Метанотенк представляет собой закрытый резервуар, предназначен­ный для анаэробной переработки осадков, а также избыточного ила аэротенков. Интенсификация распада органических соединений достигается искусственным подогревом и переме­шиванием осадка.

Большинство метанотенков эксплу­атируется в условиях брожения осад­ка при 30—35°С, реже при 50—55°С. При этом распад органического ве­щества осуществляется теми лее груп­пами микроорганизмов, что и в

двухъярусном отстойнике, работающем обычно при 10—20°С. Повыше­ние температуры не только ускоряет процесс, но и делает его более глубоким.