Предварительная обработка сточных вод. Процессы предварительной аэрации

Добавление ила из вторичных отстойников или аэротенков значительно интенсифицирует процессы предварительной аэрации, превращая аэрацию в биокоагуляцию. При оптимальной дозе ила в пределах 100-400 мг/л эффект отстаивания в первичных отстойниках достигает 75% по взвешенным и примерно 15% по БПК20. Более высокий эффект по сравнению с обычной преаэрацией здесь достигается потому, что, помимо физико-химических процессов (коагуляция, флокуляция, сорбция), при биокоагуляции происходит биохимическое окисление некоторой части легкоокисляющихся загрязнений сточных вод.

Емкость регенераторов рекомендуется принимать в размере 0,25—0,3 от общего объема преаэраторов. Вынос взвешенных веществ из отстойников после преаэраторов составляет около 100 мг/л.

БПК5 очищенной в биокоагуляторах сточной воды можно определить по следующим уравнениям:

где Lt — БПК5 очищенной сточной воды, мг/л;

La — БПК5 поступающей сточной воды, мг/л;

е — Неперово число;

у — константа процесса коагуляции, рекомендуемая 7,24;

а — доза ила, г /л;

t — продолжительность биокоагуляции, 20 мин;

в — количество растворенных загрязнений по БПК5, равное 0,21;

b — концентрация взвешенных веществ по сухому веществу в сточной воде, г/л;

А — концентрация избыточного активного ила по сухому веществу, г/л, в среднем 7 г/л;

п — отношение объема подаваемого ила к размеру сточной жидкости, n = 0,01.

Биокоагуляторы успешно работают на илах из вторичных отстойников и активных илах из аэротенков, однако активность илов увеличивается в условиях предварительной их реаэрации. Эффект очистки по БПК5 можно определить по формуле

Анаэробное сбраживание как один из видов предварительной обработки представляет особый процесс распада органического вещества путем расщепления сложной частицы на более простые. Типичная последовательность при распаде может быть представлена следующим рядом: белок (растительный или животный) — гидролитическое расщепление с образованием альбумоз и пентонов (растворимых соединений) — полипентиды — амино-и диаминокислоты — их распад на аммиак и органические кислоты жирного ряда, их разложение с выделением углекислого газа и метана.

В связи с выделением метана этот процесс называется метановым сбраживанием. Одновременно при гниении белков выделяется сероводород за счет серы, которая входит в состав молекулы белка и легко от него отщепляемой.

Метановое брожение выражается формулой

Эффективность анаэробного способа очистки сточных вод по всем критериям достигает 80%. Газ, образующийся при этом способе, отличается высококалорийным составом и содержит соответственно субстрату до 80% метана (СГЦ).

Результаты исследовательских работ по предварительной очистке высококонцентрированных производственных сточных вод показали, что при БПК20 от 5 до 10 г/л и более экономически целесообразно применять сбраживание в метантенках. При этом метантенки применяются таких же типов и конструкций, как для сбраживания осадков сточных вод. Перед поступлением на метантенки сточные воды механически очищаются. После метантенков сточные воды со сниженной (примерно на 90%) концентрацией загрязнений подвергаются отстаиванию и дегазации, после чего направляются для доочистки на сооружения биохимической очистки в аэробных условиях.

Исследования процесса термофильного сбраживания привели к следующему:

зависимость распада беззольного вещества от дозы загрузки в пределах исследованных температур сбраживания осадка подчиняется закону прямой линии и выражается уравнением

где у — распад беззольного вещества, проц.;

а — постоянная величина, зависящая от состава осадка;

п — коэффициент, учитывающий изменение распада беззольного вещества, в зависимости от температуры процесса;

d — доза загрузки к рабочему объему метантенков, проц.; существующая определенная закономерность процесса распада органической части осадка в условиях термофильного сбраживания зависит от температуры брожения, которая на основании обработки экспериментальных данных может быть выражена гиперболической кривой;

распад беззольного вещества по анализам сырого и сброженного осадка во всех случаях выше распада, определенного по выходу газа;

скорость распада беззольного вещества практически одинакова для доз загрузки от 10 до 14%;

температурный режим работы сооружений заметно сказывается на скорости сбраживания беззольного вещества при дозах загрузки свыше 14%, поэтому уменьшение объема метантенков за счет температуры может быть при работе с дозами более 14%;

санитарно-гигиенические исследования показали, что яйца гельминтов полностью гибнут при температуре 49°С и трехчасовом пребывании осадка в метантенке, а при температуре 53°С — через 1 ч после загрузки;

термофильный процесс, проводимый при температурах 49— 53°С, обеспечивает санитарные требования, предъявляемые к сброженному осадку при его дальнейшем использовании в сельском хозяйстве;

доза загрузки метантенка, т. е. количество ежедневно вводимого в метантенки осадка, определяет полезный объем сооружений. Уменьшение загрузки метантенка ведет к более быстрому распаду органических веществ и к увеличению выхода газа на единицу загрузки.

Большинство современных метантенков эксплуатируется на дозах от 7 до 9% полезного объема сооружения. При расчете объема метантенков суточную дозу загрузки при мезофильном процессе брожения следует принять 8%, а при термофильном — 15% объема рабочей камеры метантенка; по беззольному веществу при мезофильном брожении — 2,8 кг беззольного вещества на 1 м3 метантенка, а при термофильном брожении — 5,2 кг на 1 м3 соответственно.

Количество иловой жидкости, образующейся в процессе брожения, зависит от состава осадка. В нормальных условиях этот объем составляет 12—15% объема сооружений. Иловая жидкость, состоящая из бикарбонатов и углекислоты, является буферной смесью. Определенная буферность среды — необходимое условие для роста и жизнедеятельности микрофлоры метанового распада.

Одним из важнейших факторов, обусловливающих нормальное брожение в метантенке, является активная реакция среды рН в пределах 7,2—7,6. При рН ниже 7 начинается вспенивание, процесс распада осадка замедляется.

Иловая жидкость нормально действующего метантенка должна характеризоваться следующими величинами: рН — 7.0; буферность — 40—60 мг-экв/л, азота аммонийных солей свыше 400 мг/л.

Практика эксплуатации метантенков показывает, что оптимальной степенью распада в них органических веществ осадка является 40—50%- Для определения степени распада органического вещества в зарубежной практике пользуются «модулем минерализации», формулой Равна и Банта

где Р — степень распада осадка, проц.;

A, А1 — процент органического вещества в сброженном и свежем осадках;

B, В1 — процент золы в сброженном и свежем осадках. Приведенная формула может дать правильные показатели лишь в том случае, если зольность свежего осадка колеблется в незначительных пределах.

Надежные показатели распада осадка получаются, если судить о нем по количеству загружаемого в метантенк органического вещества и по величине газоотдачи. По этому методу определяют состав газа и вес его 1 м3. На основании этих данных вычисляют количество органических веществ, перешедших в газ.

На скорость и величину газообразования влияют температура сбраживания, состав, доза осадка, конструкция метантенка. Эмпирическая формула, выражающая зависимость между величиной газоотдачи и дозой загрузки представлена в следующем виде:

где g — количество газа, выделяющегося на 1 м3 загруженного свежего осадка, м3; а — эмпирический коэффициент, зависящий от процентного содержания жира в свежем осадке, рекомендуемый в пределах:

При 25,0% жира — 42,3

при 17,7% жира — 36,7

при 15,5 % жира — 32,5

К—доза загрузки осадка в процентах от рабочего объема метантенка.

Нормально протекающий в метантенке процесс характеризуется следующими показателями: щелочность иловой воды — свыше 40—50 мг-экв/л; содержание жирных кислот — не более 10— 12 мг-экв/л, аммонийного азота — свыше 500 мг/л; рН —6,8—7,5; состав газа при термофильном брожении: СОг — 30—35%, СН4— 60—65%.

Основным нарушением нормально протекающего процесса является кислое брожение, характеризующееся резким увеличением концентрации летучих кислот до 50 мг-экв/л и более, снижением щелочности до 50 мг-экв/л и менее и падением рН до 5,0.

В газах кислого брожения появляется сероводород H2S, убывает метан СН4 и сильно повышается концентрация углекислоты С02.