Биологические пруды, аэротенки

Аэробная обработкаосуществляется естественным или искусственным путем. В первом случаеаэробное окисление происходит в биологических прудах - водоемах, в которых создаются наиболее благоприятные для жизнедеятельности аборигенной популяции микроорганизмов условия (небольшая глубина, отсутствие течений, большое количество микроводорослей, насыщающих воду кислородом, обилие простейших, питающихся бактериями и т.п.).

Масштабное использование биологических прудов и полей фильтрации ограничивают сезонный характер их работы, малая пропускная способность, а также необходимость в отводе больших участков земли и постоянном контроле уровня грунтовых вод.

Биологическая очистка в искусственных условиях включает системы с активным илом (аэротенки, аэрируемые пруды) и устройства очистки с прикрепленной микрофлорой (биофильтры, дисковые фильтры).

Микроорганизмы, составляющие активный ил очистного сооружения, подвергают органические и некоторые неорганические (сульфиды, соли аммония) загрязняющие вещества биохимическому окислению, превращая их в безвредные cоединения (СО₂, воду, нират- и сульфат-ионы) или используют их для биосинтеза. Интенсивность протекания процессов зависит от качественного состава активного ила, разнообразия форм и видов микроорганизмов, способности их адаптации к конкретному составу загрязняющих веществ и др.

Аэротенки представляют собой принудительно аэрируемые воздухом или чистым кислородом резервуары большой емкости, в которые вводится определенное количество аэробных бактерий. Здесь удается подобрать и поддерживать в течение длительных промежутков времени оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов (температура 25-30^оС, значение рН 6,5-7,5, насыщение кислородом и др.), активизируя процесс минерализации. Экономии энергозатрат осуществляются за счет использования устройств автоматического контроля растворенного кислорода. Процесс очистки в аэрируемых прудах занимает от 4 – до 10 сут., в аэротенках - до 30 часов. Для сульфатцеллюлозного производства эффект очистки сточных вод по ХПК в традиционных аэротенках достигает 70 – 80% [186].

Natrix-технология.

Для интенсификации и ускорения массообмена в аэротенках, бактерии иммобилизуются на хлопьевидных структурах активного ила или полимерном носителе с развитой поверхностью. Лидерами научно-инженерных разработок в области полимерных насадок для реакторов-биоокислителей являются фирмыAnox AB (Швеция,Natrix-технология) и Kaldnes Milfoteknologi AS (Норвегия, KMB-технология) [187].

Насадки Natrix, производимые фирмой Anox, представляют собой гофрированные цилиндры размером (30-50)х(30-60) мм, изготовленные из композитного материала на основе полиэтилена высокой плотности и карбоната кальция. Объем заполнения насадками реактора, как правило, от 30 до 50%. Полиэтиленовые насадки фирмы Kaldnes более мелкие и легкие (плотность 0,96 г/см3), имеют форму колеса с продольными ребрами на внешней стороне, степень заполнения реактора до 67 об. % [188].

В процессе аэрации происходит эффективный контакт сточных вод с насадками и развитие на их поверхности прочно прикрепленной биопленки (рис. с), площадь поверхности которой в зависимости от формы и размера носителя достигает 250 - 350 м² в расчете на 1 м³ сточной воды. Интенсивный массообмен обеспечивает высокие скорости биоокисления. KMB(Kaldnes Moving Bed Reactor)-Natrix–процесс может быть использован также и для анаэробной обработки, в этом случае реактор дополнительно снабжают мешалкой. Схема (KMB)Natrix –процесса показана на рис. 2.9.

Высокие скорости биоокисления с загрузкой Natrix дают возможность применения реакторов небольшого размера (рассчитываемых при неполной очистке на 1–3 ч пребывания стоков с нагрузкой по ХПК до 10 – 15 кг/м³/сут). Благодаря этому возможно применение Natrix-процесса как для внеплощадочной, так и для внутрицеховой очистки стоков. Важное преимущество данной технологии – стабильность и эффективность процесса даже при значительных колебаниях нагрузки и загрязненности стоков, в частности, при концентрации загрязнений по БПК и взвеси до 2000 мг/л, а также при наличии токсичных и трудноокисляемых веществ.

Рис. 2.9. Схема (KMB)Natrix–процесса в аэробном (а) и анаэробном (б) режиме и элемент насадки с иммобилизованной биопленкой (с) [188].

Указанные преимущества обеспечили широкую популярность Natrix-процесса, который, начиная с 1995 г, внедрен более чем на 50 предприятиях ЦБП Австралии, Новой Зеландии, США, Канады, во многих европейских странах, а также на ряде российских ЦБП. Например, применение этой технологии на Кондопожском ЦБК обеспечило снижение БПК до уровня 20 мг/л (при исходном содержании поллютантов 1000 мг/л) [ 189]. Внедрение в производство Irving Pulp&Paper (Канада) технологии на основе термофильных Natrix™- биопленок, функционирующих при температуре 57-60 ° C, позволило снизить БПК5 на 90% [ 189].

SBR-технология

На сегодняшний день одной из наиболее эффективных очистных систем на базе аэротенков считается SBR-технология (sequencing batch reactor - аэробный реактор с циклично прерываемой активностью). Принципиальное отличие этой технологии от традиционных сооружений проточного действия в том, что процесс биологической очистки (наполнение сточной водой, перемешивание с активным илом (или специальной загрузкой), аэрация, седиментация активного ила, отвод очищенной воды, отвод избыточного ила) происходит последовательно во времени в одной емкости - реакторе SBR [ 190-193]. Принципиальная схема SBR-процесса показана на рис. 2.10.

Данная система очистки предполагает периодический перевод аэротенков в аноксидный режим с низким уровнем растворенного кислорода, что резко расширяет типы протекающих в емкости биохимических реакций. Благодаря этому SBR-система отличается высоким качеством очистки воды, которое позволяет использовать очищенную воду даже в системах оборотного водоснабжения.

Среди ведущих производителей промышленных SBR-реакторов можно назвать немецкую компанию WEHRLE Umwelt GmbH [191], специализирующуюся в области природоохранных технологий. Примером SBR-технологий могут служить также российские разработки «ЮБАС» и «ТОПАС» [192]. Российская компания НПП Би-ТЭК проектирует и выпускает очистные сооружения с SBR-реакторами в диапазоне производительностей от 30 до 30000 куб.м/сутки и более [193].

Рис. 2.10. Принцип SBR-технологии [190].