Аэротенк продленной аэрации. Аэрационные установки на полное окисление (аэротенки с продленной аэрацией). Поля подземной фильтрации

Без регенерации (СЖ и возвратный ил подаются в 1 коридор, биологическая очитска осуществляется 4 коридором)

С 25% регенерацией

С 50% регенерацией

С 75% регенерацией

Аэротенки – отстойники

Характерной особенностью данных сооружений является конструктивное совмещение аэрационного резервуара и вторичного отстойника в одном сооружении.

Часть сооружения, в которой осуществляется аэрация иловой смеси, называется аэрационной зоной, а другая – отстойной зоной.

Обе зоны связаны между собой отверстиями, окнами и щелями. Обеспечивающими переток иловой смеси из аэрационной зоны в отстойную и возврат ила из отстойной зоны в зону аэрации без применения дополнительного оборудования.

Аэротенк – отстойник «Оксикомпакт»

1. впуск СЖ

2. отвод очищенной воды

3. отстойная зона

4. удаление избыточного ила

5. подача воздуха

СЖ после первичных отстойников подается в аэрационную зону, расположенную в центре прямоугольного в плане резервуара, с обеих сторон центральной аэрационной зоны расположены зоны отстаивания, которые отделены перегородками и имеют переливные окна в верхней части и щели в нижней. Эти отверстия служат для циркуляции ила.

Избыточный ил отводится из нижней части зоны отстаивания через специальные трубопроводы, расположенные на определенном расстоянии друг от друга. Подача воздуха осуществляется через колпачковые аэраторы, монтируемые в плиту днища, перекрывающие воздушные каналы, либо в воздуховоды, укладываемые по днищу вдоль зоны аэрации. Глубина сооружения принимается около 4 м, длина от 15 до 70 м (в зависимости от производительности).

Достоинством сооружения такого типа является рециркуляция активного ила без вспомогательных устройств, а также повышение дозы ила в аэротенки.

Аэротенк продленной аэрации

Время аэрации в аэротенках такого типа может достигать 20 часов и более, что существенно превышает время аэрации в обычных аэротенках (от 2 до 8 часов). За это время в аэротенке осуществляется не только биологическая очистка СЖ, но и окисление активного ила в фазе эндогенного дыхания. Обусловлено это тем, что активный ил находится в условиях малой органической нагрузки, а микроорганизмы в стадии голодания, вследствие этого клетки микроорганизмов подвергаются самоокислению. Возвратный активный ил после аэротенков продленной аэрации не требует регенерации, а избыточный не нуждается в дополнительной обработке и может сразу отправиться на обезвоживание.

Данная схема представляет собой комбинированную установку, сочетающую аэротенк продленной аэрации и вторичный отстойник. Из зоны аэрации иловая смесь через специальное окно поступает в зону дегазации, где происходит отделение пузырьков воздуха от хлопков ила.

В зоне отстаивания осуществляется разделение очищенной жидкости и активного ила, при этом вода в отстойнике движется снизу вверх проходя через слой взвешенного осадка, что интенсифицирует процесс осветления. Время пребывания в зоне отстаивания от 2 до 4 часов. Отделившийся ил удаляется за пределы сооружения под гидростатическим давлением и подается в иловую НС. ИНС возвращает часть ила в аэротенк, а избыточный подается или перекачивается на обезвоживание.

Аэротенки высоконагружаемые, высокопроизводительные и продленной аэрации

из "Очистка производственных сточных вод в аэротанках"

Одним из возможных путей интенсификации работы аэрационных сооружений с целью увеличения их пропускной способности является повышение нагрузок на активный ил. Высоконагружаемыми аэротенками называют сооружения, в которых процесс биологической очистки происходит за 0,5-2 ч (городские сточные воды), вследствие чего гидравлические нагрузки составляют более 20 м /сутки на 1 ж сооружения и суточные нагрузки на ил по БПКполн - более 0,8 кг/кг при эффекте очистки 70-95%.
Увеличение отношения количества питательных веществ к количеству активных микроорганизмов в высоконагружаемых аэротенках вызнает более интенсивное протекание процесса окисления, чем в аэротенках с низкой нагрузкой или минерализацией ила, где процесс угнетен недостатком питания для микроорганизмов. Результатом подачи избыточного питания в аэротенки является преобладание логарифмической фазы роста микроорганизмов, при этом в обработанной воде доминирует аммиачный азот и содержится минимальное количество его окисленных форм.
Как видно из табл. У.1, в которой представлены диапазоны нагрузок для всех видов аэрационных сооружений, по данным отечественных и зарубежных исследований, высоконагружаемые сооружения дают возможность значительно повысить э(ективно(ь использования единицы объема аэротенка.
Второй вариант - при сохранении прежних нагрузок на ил повышают концентрацию активного ила в системе, что приводит к созданию аэрационных сооружений, которые в отличие от высоконагружаемых являются высокопроизводительными. Как известно, скорость окисления сточной жидкости - источника питания и энергии микроорганизмов - тем больше, чем большее количество микроорганизмов функционирует в системе. Это положение хорошо согласуется сданными, полученными И. С. Постниковым и др., для сточных вод ряда московских станций аэрации. Интересные результаты, подтверждающие эффект работы высокопроизводительных аэротенков, приводит В. Эмде (табл. У.2). Как видно из данной таблицы, доза ила в сооружениях не опускалась ниже 3,6 г л, а в отдельных случаях достигала 10,2-11,2 г л, что даже при сравнительно невысоких нагрузках на активный ил обеспечивало окислительную мощность по БПКполн более 5 кг -сутки.
Для обеспечения требуемой высокой степени циркуляции без дополнительных затрат на перекачку циркуляционного расхода ила необходимо блокировать аэротенк с вторичным отстойником.
Фактором, ограничивающим увеличение рабочей дозы активного ила более 7-10 г/л, является резкое ухудшение седиментационной сепарации концентрированных иловых смесей во вторичных отстойниках. Кафедрой канализации МИСИ им. В. В. Куйбышева выдвинута оригинальная идея фильтрации иловой смеси аэротенков с дозами ила до 25 г л через сетчатые фильтры таким образом, что во вторичные отстойники поступают не более 3-4 г л взвешенных веществ. Технологическая схема сооружения, получившего название фильтротенк, производительностью 37500 м /сутки представлена на рис. У.Ю.
При очистке на фильтротенке сточных вод, имеющих величину БПКполн более 1 500 мг лу1 содержание эфирорастворимых веществ около ЪОмг л, очищенная вода имела БПКполн равное 20-Шмг л, при остаточном содержании эфирорастворимых веществ 7-9 мг л. Продолжительность аэрации сточной жидкости составляет 3-4 ч, что соответствует окислительной мощности по БПКполн 8000 - 12 ООО г -сутки или 400-600 лег на 1 г ила в сутки. При этом высота слоя активного ила перед сетчатой насадкой составляет 1-1,5 м, период фильтрования через нее 40-60 сек, период обратной продувки сетчатой насадки 8-12 сек при интенсивности подачи воздуха 80-120 м м -ч.
Технико-экономические подсчеты показывают, что фильтротенк, обеспечивающий высокую окислительную мощность при сравнительно низких нагрузках на активный ил, позволяет достичь 12-15% экономии на себестоимости очистки 1 сточной жидкости, при этом экономия на капитальных затратах в период строительства составляет 35-40%. Учитывая изложенное выше, высокопроизводительный аэротенк данной конструкции следует признать прогрессивным очистным сооружением, особенно для очистки высококонцентрированных производственных сточных вод, а также для очистки сточных вод, образующих труднооседающий активный ил.
Исследование основных расчетных параметров высокопроизводительных аэротенков проводилось авторами в 1966-1968 гг. на лабораторных моделях с пневмомеханической системой аэрации. Цикл наблюдений проводился на синтетической сточной жидкости, причем в качестве основного питательного компонента был выбран пептон, а в качестве промышленной добавки вводились различные концентрации аминов алифатического ряда, которые присутствуют в сточных водах многих производств. В течение эксперимента рабочая доза активного ила поддерживалась на уровне 4-8 г л при количестве циркулирующего ила 100-500% и расходе подаваемого воздуха в зависимости от нагрузки 40-80 на 1 л очищенной жидкости.
Возможность интенсификации очистки сточной жидкости путем увеличения рабочей дозы активного ила, а с другой стороны, непригодность традиционных станций аэрации для надежной работы в указанном режиме определяют одно из основных направлений в разработке конструкций высокопроизводительных аэротенков.

Аэротенк – это сооружения прямоугольной формы, через которое протекают сточные воды, перемешанные с активным илом. В этой ёмкости выполняется биохимическая очистка сточных вод. Аэротенк-отстойник обязательно укомплектовывается аэратором (механическим или пневматическим). Благодаря аэрационной системе стоки с активным илом насыщаются кислородом, который жизненно важен для аэробных микроорганизмов. Данная схема биологической очистки реализуется только в условиях достаточного насыщения стоков активным илом, а также при непрерывном поступлении кислорода. Только в таких условиях обеспечивается активное биохимическое окисление органики, что гарантирует высокую эффективность сооружений биологической очистки.

Аэротенки бывают нескольких видов в зависимости от того, какие технологические схемы очистки в них предусмотрены. Так, выделяют следующие виды сооружений биологической очистки:

Вытеснители . Это сооружения, схема работы которых основана на подаче сточных вод с одной стороны и выходе очищенных стоков с противоположной стороны.
Смесители . В этих сооружениях подача сточных вод и выход очищенной жидкости выполняются одновременно.
Конструкции, в которых происходит рассредоточенное вливание воды . При этом схема предусматривает, что загрязнённая среда входит в сооружение с нескольких точек, собирается в одном резервуаре и после очистки выходит через одно отверстие.
Аэротенк с неравномерным рассредоточением жидкости . В таких конструкциях вход загрязнённой воды происходит с нескольких точек. Через определённое время после очищения жидкость также выводится в грунт по нескольким выходным патрубкам.

На фото ниже представлены основные виды аэротенков: на первой схеме изображены вытеснители, на второй – смесители, третья схема на фото показывает принцип работы сооружений с рассредоточением.

Эффективность работы

Как вы уже поняли, для эффективной работы аэротенка нужен активный ил. На его образование, жизнеспособность, а также уровень биологической очистки существенное влияние оказывает температура, наличие питательной среды, концентрация кислорода в иловой массе, кислотность среды, наличие токсинов. Также для удовлетворительной работы важен технологический режим, в котором работает аэротенк-отстойник, а именно:

Необходимо соблюдать основные соотношения между степенью загрязнённости сточных вод и количеством активного ила. Если доза ила будет меньше, то возрастает нагрузка и снижается качество очищения. Если доза ила будет больше, чем надо, то осложняется процесс отделения ила от воды во вторичном отстойнике.
Ещё одно основное условие, которое надо строго соблюдать, – это время контакта загрязнённой жидкости с илом, то есть время пребывания в отстойнике.
Не менее важно, чтобы количество кислорода в системе было достаточным.

Важно: нагрузка на ил – это тот объём загрязнений, который должен переработать ил в сточных водах. Окислительная способность ила зависит от дозы сухого вещества в одном литре жидкости. В разных конструкциях аэротенков используется разная дозировка ила. Обычно она составляет 1-20 гр. на литр.

Особенности и отличия от септика

Как вы уже поняли, аэротенк-отстойник – это сооружение биологической очистки, которое нуждается в непрерывной подаче воздуха. Благодаря этому окисление органических составляющих сточных вод проходит быстрее и качественней. При использовании такой схемы очищения образуется очищенная вода, которую можно использовать для полива огорода, а также для различных технических целей. Кроме этого, активный ил с успехом используется для удобрения полей и огородов. Сбор очищенных сточных вод происходит во втором отстойнике.

Не стоит путать обычный септик, укомплектованный биофильтром, и аэротенк. Основные отличия между ними состоят в следующем:

Для закачивания воздуха в аэротенк нужен компрессор, который работает от электричества. Поэтому этот вид сооружений можно назвать энергозависимыми.
В биофильтр сточные воды попадают небольшими порциями, а аэротенк наполняется стоками на весь объём.
Схема очищения загрязнённых вод в биофильтре очень напоминает принципы биологической очистки в почве. Однако в септике сточные воды очищаются быстрее и на меньших площадях. В аэротенке используется такая же схема очистки, однако скорость протекания всех процессов намного выше. Такая высокая скорость биологической очистки достигается благодаря использованию аэратора и насыщению кислородом.

Принцип деятельности

Основные принципы работы аэротенка отличаются от септика и выглядят следующим образом:

Загрязнённые сточные воды поступают в центральную часть конструкции. Это первичный отстойник, который очень напоминает отстойник, используемый в двухкамерном септике.
После частичного очищения сточных вод они перекачиваются эрлифтом в аэротенк. Здесь они перемешиваются с активным илом, который уже присутствует в этой камере. Активный ил – это особое вещество, состоящее из остатков растений, колоний бактерий, которые участвуют в переработке органических составляющих стоков. Как правило, в активном иле обитают аэробные микроорганизмы, которые в процессе жизни нуждаются в кислороде. Доступ кислорода обеспечивается благодаря принудительной аэрации.

Важно: для закачивания воздуха используется компрессор, а для его распределения по аэротенку – система воздуховодов. При этом концентрация кислорода в очищенной воде на выходе из сооружения составляет не менее 2 мг/л. Иногда для измерения уровня кислорода используется встроенная автоматика, которая сама увеличивает подачу кислорода при снижении его концентрации в жидкости на выходе.

После пребывания в аэротенке стоки попадают во вторичный отстойник. При этом микроорганизмы и активный ил, осевшие на дно возвращаются в аэротенк. Время пребывания ила во вторичном отстойнике ограничено, поскольку для обратного перекачивания используется специальный насос.
Во вторичном отстойнике вода находится достаточное время для того, чтобы пройти завершающую стадию очищения.

Поскольку в процессе жизнедеятельности бактерий они постоянно размножаются, их количество за некоторое время не сокращается, а только увеличивается. Это способствует тому, что эффективность очистки в ходе эксплуатации аэротенка только увеличивается.

Сооружения биологической очистки могут быть выполнены в виде одной ёмкости, которая разделена внутри на отдельные отсеки, или в виде многокамерной конструкции из отдельных блоков. Обычно при использовании многокамерной конструкции оборудуют вторичные отстойники для сбора ила с последующим выводом очищенной воды в дренажные канавы или в накопительные резервуары, откуда жидкость будет использоваться для полива огорода. При этом объём воды, попадающей во вторичный отстойник, не должен быть больше 8-10 литров в секунду.

Аэротенки, которые состоят из трёх сооружений в виде первичного отстойника, аэротенка и вторичного отстойника, обеспечивают более качественную очистку воды. Однако такие конструкции нуждаются в сложном уходе.

Для работы аэротенка нужны следующие ресурсы:

Электричество с напряжением 220 В. В зависимости от модификации может потребляться от 80 Вт. Для эффективной работы сооружения не должно быть перебоев в подаче электроэнергии.
Аэробные микроорганизмы.

Преимущества и недостатки

К преимуществам аэротенков можно отнести такие моменты:

Вся конструкция очень компактная, что позволяет выполнить установку даже на небольшом участке.
Поскольку в ходе жизнедеятельности аэробов не выделяются газы, от сооружения совершенно нет неприятного запаха.
Такую конструкцию не нужно утеплять на зиму, поскольку при переработке органических отходов выделяется большое количество энергии, что позволяет даже зимой поддерживать нужную температуру внутри конструкции.

Однако у таких изделий есть и свои недостатки:

Без электроэнергии не может быть обеспечен достаточный уровень очистки. Поскольку компрессор не будет работать, произойдёт гибель бактерий и активного ила.
Высокая цена на заводские изделия.
Сложное оборудование, использующееся в работе аэротенка, нуждается в постоянном контроле.
Если длительное время не пользоваться канализацией, то питательной среды для бактерий не будет, и они погибнут.

Важно: при работающем компрессоре и отсутствии поступления сточных вод активный ил сохраняет свою жизнеспособность на протяжении 3-х месяцев. Если будет отключено и электричество, то через три месяца ил погибнет.

Чтобы предотвратить гибель активного ила, в конструкцию аэротенка заливается смесь сухого активного ила с водой. Это нужно делать раз в месяц. Если же по каким-то причинам ил погиб, то придётся осуществлять повторный запуск аэротенка. Для этого делают следующее:

Освобождают аэротенк от погибшего ила. Для этого его нужно промыть водой.
Живой активный ил можно взять в другом аэротенке. Чтобы с этим не было проблем, необходимо подписать договор техобслуживания аэротенка при его покупке.

Установка

Обычно установку аэротенка производят специалисты той фирмы, где вы приобретали оборудование. Поскольку требования к монтажу могут незначительно отличаться у разных моделей, перед установкой изделия необходимо внимательно прочитать инструкцию, где даются подробные указания по монтажу.

Установка заводского изделия обычно выполняется в несколько этапов:

Роется котлован, исходя из габаритов изделия. Обычно его размеры равны 180х180х260 см.
На дне ямы делается песчаная подушка высотой 15 см.
Опускаем конструкцию в котлован.
Перед тем, как выполнять обратную засыпку, в аэротенк заливается вода. При этом заливку воды делают постепенно по мере засыпания. Уровень воды всё время должен быть выше уровня засыпки на 15-20см. Это нужно для того, чтобы давление грунта не повредило стенки конструкции. Засыпку делаем до уровня расположения патрубков для крепления коммуникаций.
Подключаем к аэротенку коммуникации.
Выполняем установку компрессора.
Подключаем электричество.
Завершаем обратную засыпку и трамбуем грунт.

Для аэротенков продленной аэрации существуют ограничения по использованию: концентрация примесей в пределах 350 мг/л, БПК 500 мг/л, расход до тысячи кубов. Период аэрации длится в резервуаре сутки, что позволяет минерализовать активный ил, крупные фракции взвесей. Нормы проектирования допускают использование установок внутри комплекса водоочистки, а, не в качестве самостоятельного сооружения.

Конструктивные решения обеспечивают следующую схему осветления:

решетка/песколовка - стоки теряют крупные примеси
аэрокамера - аэрация в контакте с активным илом (4 - 2 г/л)
перелив жидкости в зону вторичного отстойника через нижнюю трубу
при движении вверх стоки осветляются
затем они отводятся с помощью переливных лотков
активный ил оседает, сползает по конусу к вертикальному насосу
осажденный ил возвращается в аэрокамеру

Современное оборудование этого типа применяют для очистки биохимическими способами неотстоенных стоков. На каждое сооружение допускается расход 2 100 - 400 кубов ежесуточно, содержание взвесей должно быть в пределах 300 мг/л, БПКП не больше 1,5 г/л. Системы автоматизации, диспетчеризации, управления обеспечивают бесперебойную работу насосного, компрессорного оборудования.

Полезная информация и интересные статьи:

Фотографии водоотведения и канализации:

Основные сложности и ошибки при проектировании самостоятельно (своими руками)		Решения ООО «Регион»
	Отсутствие согласованного проекта Санитарно защитной зоны (СЗЗ)		Мы проанализируем существующее положение, подготовим Техническое задание на проект СЗЗ. При необходимости выполним проект СЗЗ и согласуем его.
	Отсутствие приборов учета и объективных (расчетных) данных о требуемой производительности.		Мы соберем все необходимые данные, проведем расчеты и предоставим на рассмотрение заказчику. При необходимости осуществим временную установку приборов учета.
	Отсутствие правоустанавливающих документов на землю.		Окажем содействие в подготовке документации, при необходимости внесем в состав ТЗ на проектирование.
	Неточности при составлении Технического задания: не учтены все необходимые изыскания, не учтены выше перечисленные документы.		Проанализируем существующее положение и подготовим корректное техническое задание.
	Обоснование цены выполнено не корректно, на основании коммерческих предложений не специализированных организаций, без учета выполнения требований технических условий, необходимости обследования зданий и сооружений и т.п.		Подготовим смету на проектно-изыскательские работы и обследование, по справочникам базовых цен.
	Обследование, изыскания, проектирование - выполняют разные компании - это становится причиной растягивания сроков и появления дополнительных работ.		Мы обладаем значительным опытом и квалификацией для организации полного комплекса проектно-изыскательских работ. Компания Регион имеет допуски СРО как по проектированию, так и на выполнение изыскательских работ. Мы гарантированно обеспечиваем положительное заключение экспертизы и сопровождение при СМР.

СТОИМОСТЬ РАЗРАБОТКИ ПРОЕКТА

Для определения базовой (начальной) стоимости проектно-сметной документации и изыскательских работ ООО «Регион» использует проверенный временем способ: составление сметы на ПИР по справочникам базовых цен. Сметная стоимость проектно-изыскательских работ является обоснованной начальной стоимостью работ, которая уточняется в процессе уточнения объемов работ и переговоров. Смета на ПИР составленная по справочникам базовых цен может служить обоснованием цены при проведении конкурсной процедуры в соответствие с ФЗ №44 и №223.



	Содействие в оформлении заявок для участия в Федеральных Целевых Программах (ФЦП).	Все технические и технологические решения мы принимаем на основании вариантного проектирования и сравнения всех технико-экономических параметров, в том числе эксплуатационных.
	Содействие в оформление заявок на получение денежных средств из региональных бюджетов (ТЭО, Обоснования).	Разработка ТЭО (технико-экономического обоснования) проекта на начальных этапах реализации инвестиционного замысла.
	Консультации по вопросам кредитования в европейских банках и привлечении грантов.
	Содействие при разработке инвестиционных программ.	Консультирование в области проектирования, стадии проектирования, этапы проектирования, согласования, необходимая исходно-разрешительная документация и т.п.
	Содействие в привлечении кредитных средств, для реализации энергосервисных контрактов (энергоэффективность), и экологических проектов.

Компания ООО «Регион» входит в соств ряда крупных проектно-строительных холдингов и готова реализовывать объекты под ключ на всей территории России.

НАЧИНАЯ СОТРУДНИЧАТЬ С НАМИ ВЫ ЭКОНОМИТЕ

30%	Стоимости на строительно-монтажных работах. На основе вариантного проектирования и современных технологий мы подбираем оптимальное решение. Технологии 3х-мерного моделирования помогают избежать перерасхода материалов и минимизировать вероятность ошибки.

25%	Стоимости проектно-изыскательных работ при этом получаете качественный проект, позволяющий реализовать ваш замысел в срок. Благодаря комплексному подходу всё в одних руках (сбор исходных данных, обследования и обмеры, изыскания) и опыту наших специалистов мы можем оптимизировать затраты и предложить вам конкурентную цену.

20%	Времени при выполнении строительно-монтажных работ. Решения, принимаемые нашими инженерами и архитекторами не только надежны и эстетичны, но и продуманы с точки зрения удобства и скорости реализации (гибкие решения с точки зрения производства работ).

В составе договора на проектирования мы всегда прописываем гарантийные обязательства
и материальную ответственность за срыв сроков.

Специалисты ООО «Регион» готовы оказать содействие на всех этапах принятия решения, как на этапе рассмотрения концепции проекта, так и при рассмотрении вариантов реконструкции существующих зданий и сооружений. На этапе подготовки проектирования - подготовить технические задания на проектирование и необходимые изыскания.
А также подготовить сметы на проектирование и изыскания по сборникам базовых цен (обоснование цены для проведения конкурса).

КАК МЫ ПРОЕКТИРУЕМ

Идея заказчика
Подготовка пред-проектных решений и вариатное проектирование
Разработка техники-экономического обоснования (ТЭО)
Защита основных решений перед заказчиклм, выбор оптимального варианта
Подготовка подробного технического задания на: разработку проекта, инженерные изыскания, обследование
Разработка рабочей документации
Согласования
Авторский надзор
Воплощенный замысел заказчика

ЛИЦЕНЗИИ И СЕРТИФИКАТЫ ООО «РЕГИОН»

ООО «Регион» является членом добровольной сертификации качества в соответствие с ГОСТ Р ИСО 9001-2015. Регистрационный № СМК.РТС.RU.03121.17

МЫ РАБОТАЕМ НА ЛИЦЕНЗИОННОМ ПО

Мы проктируем на nanoCAD - российская универсальная САПР-платформа, содержащая все необходимые инструменты базового проектирования, выпуска чертежей.	Наши ПК оснащены ОС Windows 10 - Операционная система для персональных компьютеров, разработанная корпорацией Microsoft в рамках семейства Windows NT. После Windows 8 система получила номер 10, минуя 9.	Мы работаем на Microsoft Office 2010 - это пакет программ, ориентированных на требования современного бизнеса и нужды его сотрудников.

Использование лицензионного программного обеспечения гарантирует информационную безопасность, законность выполнения работ и снижает риски закрытия компании в связи с проверками регулирующими органами.

2015-03-15

В этой статье приводятся технологические параметры работы биологической очистки в аэротенках. Описываются особенности технологической схемы: высокая концентрация иловой смеси, высокий коэффициент рециркуляции активного ила. Для устранения недостатков, присущих аэротенкам-вытеснителям, проведены конструктивные изменения аэротенков: установлена новая система аэрации, устроен продольный рецикл иловой смеси в аэротенках при помощи эрлифтов.

Фото 1. Инфузории Epistylis plicatilis

Фото 2. Колония коловраток

Фото 3. Коловратка в слое ила

Контроль за процессом биологической очистки в аэротенках осуществляется в физико-химической и гидробиологической лабораториях по современным методикам анализа с использованием видеокамер и компьютеров для накопления информации о состоянии биоценоза и всех его изменениях.

В результате реконструкции достигнуты высокие результаты очистки сточных вод. Концентрация органических загрязнений после биологической очистки не превышает 3 мг/дм. Суммарная концентрация минерального азота не превышает 10 мг/дм, эффективность очистки по тяжёлым металлам составляет 94-96 %, по нефтепродуктам — 92-96 %о. Достигнутые результаты (по качеству очистки и показателям энергоэффективности) позволяют сделать вывод о целесообразности использования процесса биологической очистки в аэротенках с низкими нагрузками для достижения высокого качества очистки при низких затратах на реконструкцию сооружений биологической очистки. Затраты на реконструкцию окупаются в течение двух-трёх лет.

В цехе НиОПСВ ОАО «Минудобрения» проводится очистка сточных вод двух подмосковных городов — Егорьевска и Воскресенска. Объём сточных вод составляет в среднем 60-80 тыс. м 3 /сут. Характер поступающих загрязнений — хозяйственно-бытовой. Сточные воды имеют концентрации по взвешенным веществам в пределах 150-180 мг/дм 3 , по БПК-5 — до 160 мг/дм 3 , по ХПК — 250-350 мг/дм 3 . Очистные сооружения выполнены по классической схеме биологической очистки. Образующийся осадок, после специальной обработки, в полном объёме используется на рекультивацию промышленного полигона. Построенные 40 лет назад сооружения многократно реконструировались. В последнее десятилетие была завершена реконструкция биологической очистки в аэротенках с целью повышения качества очистки стоков и энергоэффективности процесса очистки.

Традиционные схемы биологической очистки (с использованием микроорганизмов во взвешенном состоянии в аэротенках с последующим их осаждением во вторичных отстойниках) не обеспечивают эффективную и надёжную очистку сточных вод до жёстких установленных норм допустимого сброса. Особенно большие сложности возникают при достижении норм допустимого сброса для водоёмов рыбохозяйственного значения.

Для решения задачи глубокой очистки сточных вод от органических и биогенных соединений в мировой практике разработано несколько основополагающих технологических процессов: технология SBR (с реакторами переменного действия); технология последовательного чередования аэробной, аноксидной и анаэробной зон биологической очистки в аэротенке; технология концентрирования биомассы путём сочетания в реакторах взвешенных и прикреплённых форм микроорганизмов; технология концентрирования биомассы взвешенных форм микроорганизмов с последующим их задержанием специальными мембранами.

Концентрация органических загрязнений после биологической очистки не превышает 3 мг/дм. Суммарная концентрация минерального азота не превышает 10 мг/дм, эффективность очистки по тяжёлым металлам составляет 94-96 %, по нефтепродуктам — 92-96 %

Технология SBR предполагает последовательное проведение в одном реакторе в периодическом режиме, в течение его работы чередования аэробных и анаэробных процессов. Данная технология весьма дорога и требует сложнейшей системы исполнительных механизмов для выполнения команд системы управления процессом. Циклично-переменные кислородные условия жизнедеятельности микроорганизмов в таком реакторе, в связи с адаптационным фактором, тормозят скорость биохимических реакций и увеличивают время, необходимое для прохождения реакции. Это увеличивает размер реактора.

Технология последовательного чередования анаэробной, аноксидной и аэробной зон при реконструкции снижает на 30-40 % производительность биологической очистки. Многовариантная система рециклов активных илов и стоков из различных зон обработки значительно усложняет контроль за технологическим процессом и его управляемость. Увеличивается число исполнительных механизмов, установленных в малодоступных местах, значительно увеличивается объём перекачиваемого активного ила.

Технология концентрирования биомассы с использованием взвешенных и прикреплённых на инертных носителях форм микроорганизмов связана с затратами на приобретение носителей, установку этих носителей в биореакторы и значительными трудностями при ремонте аэрационных систем. Появление в иловой смеси биоплёнки с инертных носителей требует увеличения времени отстаивания иловой смеси, то есть увеличения и размеров отстойников. Технология концентрирования биомассы взвешенных форм микроорганизмов в реакторе (с последующим отделением на полимерных мембранах) связана с расходом средств на реагенты для регенерации мембран и со сложностью эксплуатации.

Однако необходимо проводить реконструкцию существующих сооружений биологической очистки с повышением эффективности очистки для снижения сброса в водоёмы органических загрязнений и биогенных элементов. Это возможно при использовании аэротенков-вытеснителей в режиме продлённой аэрации.

Процесс очистки сточных вод в аэротенке можно представить следующим образом. При поступлении осветлённых стоков в аэротенк стоки смешиваются с хлопками возвратного ила. На поверхности зооглей, составляющих хлопки ила, происходит сорбция нерастворённых и коллоидных загрязнений, которые поступают с осветлёнными стоками. Располагаясь на поверхности зооглей, которые покрыты полисахаридным гелием, бактерии в присутствии кислорода выделяют ферменты для окисления загрязнений. Часть растворённых загрязнений попадает в тело бактерий, где при помощи ферментов происходит их окисление. При окислении загрязнений ферментами бактерий возможно использование как растворённого в иловой смеси кислорода, так и нитратов. Соединения, полученные в результате ферментативного окисления, используются бактериями для размножения, то есть роста численности.

Процесс развития бактерий в аэротенке условно можно разделить на три фазы. Первая из них — это фаза логарифмического роста. В этой фазе происходит рост численности и массы бактерий на величину содержащихся в поступающих сточных водах загрязнений, за минусом массы, использованной самими бактериями на получение энергии для жизнедеятельности.

Во второй фазе (развитой биоценоз активного ила) происходит стремительное развитие микроорганизмов-хищников, которые используют массу бактерий и оставшиеся загрязнения в качестве пищи и для последующего размножения. Исчерпание запасов легко окисляемой органики переводит биоценоз активного ила в фазу эндогенного дыхания или автотрофного окисления. В этой фазе источником энергии для жизни и размножения микроорганизмов является масса микроорганизмов самого активного ила. Резко снижается количество бактерий, число хищных микроорганизмов определяется скоростью самоокисления микроорганизмов ила.

В третьей фазе начинается окисление получившихся в результате окисления неорганических соединений азота — происходит реакция нитрификации с использованием большого количества кислорода из иловой смеси. В фазе эндогенного дыхания микроорганизмов происходят процессы: формирования крупного плотного хлопка ила из зооглей бактерий, нитчатых бактерий, грибов, актиномицетов; продолжается процесс окисления органического вещества — вещества организмов биоценоза активного ила; происходит окисление неорганических форм азота в присутствии кислорода — нитрификация, восстановление в присутствии нитратов — денитрификация.

Для проведения этих противоположных реакций по отношению к кислороду необходимо создать условия для каждого из них. Это возможно только с помощью создания различных зон: анаэробной, аэробной и аноксидной. Хлопок ила можно рассматривать как шарообразное или эллипсоидное образование с наличием внутри него зон, куда не поступает растворённый кислород из иловой смеси, даже при значительной концентрации кислорода (4-6 мг/дм 3) в сточной воде.

Для проведения процесса очистки стоков от поступивших загрязнений, необходимо провести глубокое окисление органического вещества, которое содержится в осветлённой воде, глубокое окисление вещества бактерий активного ила. Полученные азотсодержащие вещества окислить до нитратов и восстановить до газообразного азота. Для повышения скорости реакции восстановления (денитрификации) необходимо увеличить в аэротенке аноксидную и анаэробную зону.

Увеличение проводится двумя путями:

за счёт увеличения количества хлопков ила, что приводит к повышению концентрации ила до 5-6 мг/дм 3 ;
за счёт увеличения размеров хлопков ила, что приводит к снижению нагрузки по БПК до 35-50 мг на грамм сухого вещества в сутки, поддержании микроорганизмов в фазе эндогенного дыхания.

Одновременно, низкие нагрузки по БПК на аэротенк позволяют проводить глубокое окисление органического вещества до 3,5 мг/дм 3 , почти до теоретически достижимых 2,5 мг/дм 3 . На основании вышеизложенных теоретических положений в аэротенках цеха НиОПСВ был организован режим работы со следующими значениями технологических параметров: нагрузка по БПК — 35-50 мг на грамм сухого вещества БПК в сутки; время аэрации — 8-12 ч; доза ила — 5-6 г/дм 3 ; концентрация растворённого кислорода — 4-6 мг/дм 3 ; коэффициент рециркуляции — 0,8-1,0; электродный потенциал в пределах -200...-250 мВ; иловый индекс — 90-130; зольность ила — 35-40 %; удельный расход воздуха на аэрацию — 6-7 м 3 на 1 м 3 стоков; удельный расход электроэнергии на аэрацию — 0,35-0,4 кВт·ч на 1000 м 3 .

В тоже время необходимо отметить недостатки коридорных аэротенков:

неравномерность нагрузки на активный ил по длине сооружений, что ухудшает его технологические показатели;
недостаток растворённого кислорода в начале первого коридора и избыток во второй половине второго коридора.

Для устранения этих недостатков в аэротенках был устроен продольный рецикл иловой смеси. Схема представлена на рис. 1. Рециркуляционный узел выполнен в виде водовоздушного насоса-эрлифта, который перекачивает иловую смесь из конца второго коридора в начало первого. Значение коэффициента рецикла — 2,1-2,5. В результате более длительного нахождения активного ила в аэробных условиях и ускорения оборота биомассы: возрастает окислительная способность биомассы активного ила за счёт повышения уровня ферментативной активности; повышается макротурбулентность в аэротенке — снижается размер застойных зон; снижается удельная нагрузка на активный ил; улучшается кислородный режим сооружения, без сокращения средней длины пробега, обрабатываемых сточных вод, что исключает «проскок» неокисленных загрязнений.

Это позволило добиться следующего: повысить минерализацию активного ила и снизить количество избыточного активного ила до минимального значения; повысить устойчивость биоценоза активного ила при поступлении сбросов трудно окисляемых промышленных стоков, контроль состояния ила проводился по методике биоэстимации ; стабилизировать кислородный режим в иловой смеси во время ремонта воздуходувок.

Биоценоз активного ила коридорных аэротенков, работающих в режиме низких нагрузок, с глубокой нитрификацией и денитрификацией характеризуется большим видовым разнообразием (свыше 30 видов простейших) без численного преобладания какого-либо вида. Численность нитчатых бактерий, мелких бесцветных жгутиковых, мелких форм голых и раковинных амёб незначительна. Из инфузорий преобладают брюхоресничные и прикреплённые формы.

На фото 1 представлена колония Epistylis plicatilis. Присутствие хищников положительно влияет на степень очистки воды от органических загрязнений за счёт интенсификации биологических процессов в бактериальной среде из-за поступления в неё веществ, выделяющихся из фрагментов микрофауны при их деструкции в аэротенках в фазе эндогенного дыхания. В активном иле всегда присутствуют коловратки (фото 2-3), сосущие инфузории, хищные грибы, разнообразные черви, тихоходки.

По БПК5 было достигнуто значение в 3 мг/дм 3 , соответствующее предельно допустимым сбросам (ПДС) для водоёмов рыбохозяйственного назначения (рис. 2). По величине ХПК — 30 мг/дм 3 . По минеральному азоту — 10 мг/дм 3 (рис. 3), что соответствует рекомендациям Хельсинкской комиссии (Helcom) для городов с населением более 100 тыс. жителей. Эффективность очистки по железу составила 90-92 %, очистки по тяжёлым металлам — 94-96 %, эффективность по нефтепродуктам — 92-96 %.

При работе аэротенков в режиме низких нагрузок со значением коэффициента продольного рецикла 2-3:

достигается высокое качество очистки сточных вод, соответствующее рекомендациям Helcom без увеличения затрат на электроэнергию при эксплуатации;
высокое качество очистки не требует больших затрат сырья, материалов;
процесс прост в обслуживании и контроле за ним;
реконструкция коридорных аэротенков в аэротенки, работающие в режиме с продлённой аэрацией, требует минимальных затрат (на реконструкцию системы аэрации, увеличение производительности насосов для возвратного ила, установку эрлифтов для продольного рецикла);
снижаются затраты па оплату в бюджет за сброс загрязнений с очищенными сточными водами;
значительно снижается количество избыточного активного ила — снижаются затраты на его обезвоживание и утилизацию;
технологический процесс не усложняется (не требуются затраты на сложные приборы контроля, исполнительные регулирующие механизмы, не повышаются требования к квалификации обслуживающего персонала).

Такая реконструкция — реальный путь улучшения качества очистки большинства очистных сооружений районного значения. Затраты на дальнейшее повышение качества очистки по азоту и фосфору (до достижения установленных нормативов ПДС для водоёмов рыбохозяйственного назначения) оказываются слишком велики, например, для бюджета населённого пункта с численностью менее 250-300 тыс. человек.

Беляева Н.А., Гюнтер Л.И. К характеристике биоценозов активного ила в высоконагружаемых аэротенках и аэротенках с длительным периодом аэрации // Биологические науки, №7/1969.
Жмур Н.С. Управление процессом и контроль результата очистки сточных вод. - М.: Луч, 1997.
Жмур Н.С. Методическое руководство по гидробиологическому и бактериологическому контролю процесса биологической очистки на сооружениях с аэротенками. - М.: ООО «Акварос», 1996.
Никитина О.Г. Биоэстимация: контроль и регулирование процессов биологической очистки и самоочищения воды. Автореф. на соиск. уч. ст. д.б.н. - М., 2012.
Капитонова Г.В. Методические рекомендации, по проведению гидробиологического контроля очистки сточных вод с активным илом. - М., 2012.