Особенности очистки сточных вод и переработки илового осадка в комплексах сооружений вертикального типа с применением ферментно-кавитационного метода

Для уменьшения воздействия на окружающую среду необходимо разрабатывать и внедрять технологии, позволяющие улучшить качество очищенной воды, а так же уменьшить количество твёрдых отходов - илового осадка.

Сточные воды зачастую содержат значительное количество органических загрязнителей, которые могут быть утилизированы на сооружениях биологической очистки. Известные схемы классических очистных сооружений биологической очистки основаны на применении аэротенков коридорного типа. Утилизация загрязнений в них осуществляется активным илом, содержащим биоценоз микроорганизмов, чувствительных к целому ряду параметров окружающей среды (температуре, pH, токсическим веществам, высокой концентрации загрязнителей). Это приводит к определённым сложностям, связанным с необходимостью строгого соблюдения технологического режима очистки, предварительного разбавления концентрированных стоков, увеличения объёмов сточной воды. При этом отмечается относительно низкая скорость разложения загрязнений, а так же потребность в больших площадях под очистные сооружения.

Альтернативой классической технологии биологической очистки является применение сооружений башенного типа, позволяющих значительно сократить занимаемые очистными сооружениями площади и при этом вписаться в любую многоэтажную жилую и промышленную застройку. Вертикальные сооружения закрытого типапозволяют сократить занимаемые площади в 10-100 раз по сравнению с классическими сооружениями, а также уменьшить санитарно-защитную зону с 500 до 30 метров за счет исключения эмиссии вредных выбросов. Высокая степень заводской готовности делает этот тип очистных сооружений незаменимыми в жилых и производственных застройках городов и посёлков, не имеющих свободных площадей.

В основе технологических решений, вертикальных комплексов очистных сооружений, лежит биологическая очистка с применением ферментно-кавитационного метода. Применение данного метода позволяет интенсифицировать биохимические процессы биоценоза активного ила и значительно повысить окислительную способность всей системы и процессов, протекающих при очистке сточных вод и обработке иловых осадков.

Очистка сточной воды в вертикальных комплексах сооружений, как и в классических схемах, представляет последовательную схему, включающую предварительную механическую очистку, удаление песка, устранение дефицита кислорода, усреднение стока по концентрации и расходу.

Ликвидация застойных зон проводится при помощи непрерывной циркуляции сточной воды, с применением насосного оборудования, аэрационной системы, представленной эжекторами и отражателями. Также на данном этапе происходит окисление легкоокисляемой органики за счет свободноплавающего ила.

В процессе циркуляции, очищенная вода, перед поступлением в полость насоса подвергается обработке кавитацией низкой интенсивности, генератором которой являются турбуджеты. Последние обеспечивают условия для снижения числа кавитации путем создания специального гидравлического режима, число кавитации снижается до 0,05 (в сравнении с обычным режимом - число кавитации в насосе достигает до 4-6). Затем, под напором, очищаемая вода проходит через эжектор, насыщается кислородом воздуха из атмосферы с образованием водовоздушной смеси. Вследствие этого происходит тщательное перемешивание, повышение концентрации кислорода в смеси и интенсивное окисление органических загрязнений.

Избыточное количество очищаемой воды, по переливным трубопроводам, поступает в емкости биореакторов, где для очистки используется как свободноплавающий ил, так и биологическая пленка на закрепленной загрузке. Биореактор работает по принципу башенныхаэротенков-вытеснителей с применением эжекторной аэрации, и постоянной циркуляцией жидкости. Это позволяет иметь в смеси достаточное количество рабочих аэробов и ферментов, которые за счет экзо-и эндоферментных реакций ведут интенсивное окисление и разложение органических веществ в очищаемой воде. Под воздействием кавитации низкой интенсивности активный ил переходит во вспухшую форму. Из ила автоматически выводятся балластные микроорганизмы, при этом значительно повышается общая окислительная способность активного ила за счет нитчатой разветвленной формы и его большой площади соприкосновения с загрязнениями.

Отделение ила от очищаемой воды и глубокая доочистка ведется в две ступени в седиментаторах. Последние применяются и для осветления очищаемой воды, отделения твердой фазы от жидкой (активного ила от воды), а также для более глубокого окисления и разложения трудноокисляемых органических веществ. Седиментаторы работают на принципе восходяще-нисходящих потоков, имеют в составе модули с закрепленной объемной загрузкой с наращенной биопленкой. Обеспечивают глубокое окисление - доочистку, а также отделение, свободноплавающего активного ила от очищаемой воды и его задержку путем многократных последовательных процессов флоккуляции частиц вспухшего ила с помощью биологически активной пленки за счет разноименности зарядов и их гравитационного осаждения. Периодически осуществляется возврат флоккул активного ила в биореактор, где при перекачке эффективно происходит процесс разрушения флоккул и переход задержанного ила в первоначальное хлопьевидное состояние.

Образующиеся, на всех биологических очистных сооружениях, иловые осадки сточных вод, представляют серьезнейшую проблему, в части загрязнения и заражения болезнетворными бактериями атмосферного воздуха, почвы и водного бассейна.

Применяемые классические технологии обработки илового осадка не дают гарантий безопасности его дальнейшего использования. При складировании образовавшиеся иловые осадки занимают большие площади, наблюдается распространение неприятного запаха, также следует отметить, что растет опасность распространения эпидемий.

Предлагаемая схема очистки сточных вод предусматривает также и обработку образующегося илового осадка, которая ведется в ферментно-кавитационном реакторе. Принцип действия реактора подобен действию аэробного стабилизатора. Процесс аэробный и ведется в смеси избыточного активного ила с сырым осадком и основан на методе ферментнокавитационного воздействия на смесь. Он включает обработку кавитацией низкой интенсивности, глубокое насыщение кислородом воздуха образуя иловодовоздушную смесь, обеззараживание, отстаивание, уплотнение и выгрузку стабилизированного осадка. А в случае наличия недопустимо высокого количества тяжелых металлов применяется прерывистое воздействие переменным током, разложение органических веществ, нейтрализацию тяжелых металлов и полную минерализацию илового осадка сточных вод.

Обработанный аэробным ферментно-кавитаионным методом сырой осадок и избыточный активный ил может быть использован в качестве удобрения в сельском хозяйстве, промышленном цветоводстве, зеленом строительстве, в лесных и декоративных питомниках, а также для целей биологической рекультивации нарушенных земель и полигонов твердых бытовых отходов.

Ферментно-кавитационный метод при простоте в эксплуатации и значительном энергосбережении, дает качественное протекание процесса стабилизации илового осадка и получение продукта торфообразной структуры, не имеющего неприятного запаха, с образованием различных форм гуминовых веществ - способствующих созданию устойчивых групп комплексонов для связывания ионов тяжелых металлов путем перевода из подвижной в неподвижную форму. А также достигается: уменьшение беззольного вещества до 50 %; низкая концентрация, по БПКп, возврата надиловой воды, что дает возможность ее подачи в голову сооружений и является улучшителем очистки вновь поступающей сточной воды за счет ее насыщенности ферментами. В результате процесса получаемый осадок является биологически стабильным, безвредным в санитарном отношении с полной дегельминтизацией. Вследствие проведенных процессов, осадок характеризуется высокой степенью влагоотдачи, негигроскопичностью - при попадании атмосферных осадков торфяная структура не нарушается. Осадок не гигроскопичен, не впитывает влагу и не превращается в грязь при попадании на него атмосферных осадков.

В «классических» очистных сооружениях имеются открытые поверхности неочищенной сточной воды значительной площади (усреднители, отстойники, аэротенки, иловые поля), служащие источниками выделения в атмосферу вредных веществ и неприятных запахов. Наиболее интенсивно выделяются вредные вещества и неприятные запахи вследствие барботирования воздуха по всей площади аэротенков и малого коэффициента использования кислорода воздуха вследствие неэффективности простого барботажа, при котором массопередача кислорода из барботируемых пузырьков воздуха в окружающую сточную воду крайне незначительна. В комплексе очистных сооружений вертикального типа все процессы усреднения сточных вод, биологической очистки, доочистки, осаждения и отделения избыточного илового осадка осуществляются в закрытых вертикальных очистных аппаратах, открытые водные поверхности отсутствуют. Насыщение сточной воды осуществляется эжекторами за счет подсоса воздуха напорной струей воды и динамического дробления и диспергирования подсасываемого воздуха в сточной воде с достижением микропузырьков с очень высокой поверхностью массопередачи и высокой степенью адсорбции и растворения кислорода. Вследствие этого коэффициент использования кислорода воздуха в 8-10 раз выше по сравнению с простым аэрированием в «классических» очистных сооружениях, соответственно меньше расход воздуха и вынос паров сточной воды с воздухом в атмосферу.

В ходе биологической очистки сточной воды осуществляются процессы деструкции органических веществ в аэробных условиях под воздействием простейших микроорганизмов. Находящиеся в сточной воде микроорганизмы в процессе своей жизнедеятельности деструктируют органические загрязнения при одновременном потреблении кислорода. Процесс идет до образования безвредных конечных продуктов углекислого газа и воды.

Таким образом, в процессе очистки сточных вод образуются и выделяются в атмосферу только неопасные газы азот и углекислый газ, а также пары воды, уносимые с этими газами и остаточным воздухом.

Ввиду закрытого исполнения, вертикальности объемов и интенсивного насыщения кислородом воздуха сточной воды, неприятные запахи отсутствуют.

Санитарно-защитная зонакомплексных сооружений и установок очистки бытовых и промышленных сточных вод по данной технологии составляет от 15 до 30 м в зависимости от производительности. Это дает возможность размещения очистных сооружений в жилой и промышленной застройке, что, значительно более привлекательно в сравнении с классическими биологическими очистными сооружениями, для которых санитарная зона достигает до 500 м и более.

Таким образом, преимуществами вертикальных сооружений с применением аэробнгоферментно-кавитационного метода является:

• •    минимизация образующихся отходов (количество избыточного активного ила возможно регулировать – как увеличивать его образование, в целях получения большего количества органо-минерального продукта, так и свести до минимального уровня);

• •    получение ценного органо-минерального продукта для получения органо-минеральных удобрений;

• •    низкое энергопотребление на очистку сточной воды и обработку илового осадка;

• •    существенная экономия эксплуатационных затрат за счет простоты обслуживания, возможности полной автоматизации процесса управления, отсутствие реагентов, сокращения времени процесса очистки воды;

• •    снижение занимаемых площадей, за счет вертикального расположения технологических емкостей в 10-50 раз по сравнению с классическими технологиями;

• •    закрытое исполнение, сокращение санитарно-защитной зоны до 1030 м, что позволяет использовать данный комплекс в жилых застройках.