Аеротенки високонавантажувані, високопродуктивні та продовженої аерації

з "Очищення виробничих стічних вод в аеротанках"

Одним із можливих шляхів інтенсифікації роботи аераційних споруд з метою збільшення їх пропускної спроможності є підвищення навантажень на активний мул. Високонавантажуваними аеротенками називають споруди, в яких процес біологічного очищення відбувається за 0,5-2 год (міські стічні води), внаслідок чого гідравлічні навантаження становлять понад 20 м/добу на 1 ж споруди та добові навантаження на мул по БПКпов - більше 0,8 кг/кг при ефект очищення 70-95%.
Збільшення відношення кількості поживних речовин до кількості активних мікроорганізмів у високонавантажуваних аеротенках визнає більш інтенсивне перебіг процесу окислення, ніж у аеротенках з низьким навантаженням або мінералізацією мулу, де процес пригнічений недоліком харчування для мікроорганізмів. Результатом подачі надлишкового харчування в аеротенки є переважання логарифмічної фази зростання мікроорганізмів, при цьому в обробленій воді домінує аміачний азот і міститься мінімальна кількість його окислених форм.
Як очевидно з табл. У.1, в якій представлені діапазони навантажень для всіх видів аераційних споруд, за даними вітчизняних і зарубіжних досліджень, високонавантажувані споруди дають можливість значно підвищити ефективність використання одиниці обсягу аеротенка.
Другий варіант - при збереженні колишніх навантажень на мул підвищують концентрацію активного мулу в системі, що призводить до створення аераційних споруд, які, на відміну від високонавантажуваних, є високопродуктивними. Як відомо, швидкість окислення стічної рідини - джерела живлення та енергії мікроорганізмів - тим більша, чим більша кількість мікроорганізмів функціонує в системі. Це становище добре узгоджується зданими, отриманими І. С. Постніковим та ін, для стічних вод низки московських станцій аерації. Цікаві результати, що підтверджують ефект роботи високопродуктивних аеротенків, наводить В. Емде (табл. У.2). Як видно з даної таблиці, доза мулу в спорудах не опускалася нижче 3,6 г л, а в окремих випадках досягала 10,2-11,2 г л, що навіть при порівняно невисоких навантаженнях на активний мул забезпечувало окислювальну потужність за БПК більш ніж 5 кг-добу.
Для забезпечення необхідного високого ступеня циркуляції без додаткових витрат на перекачування циркуляційної витрати мулу необхідно блокувати аеротенк із вторинним відстійником.
Фактором, що обмежує збільшення робочої дози активного мулу більше 7-10 г/л, є різке погіршення седиментаційної сепарації концентрованих сумішей мулу у вторинних відстійниках. Кафедрою каналізації МІСІ ім. В. В. Куйбишева висунуто оригінальну ідею фільтрації мулової суміші аеротенків з дозами мулу до 25 г л через сітчасті фільтри таким чином, що у вторинні відстійники надходять не більше 3-4 г л завислих речовин. Технологічна схема споруди, що отримала назву фільтротенк, продуктивністю 37500 м/добу представлена ​​на рис. У.Ю.
При очищенні на фільтротенці стічних вод, що мають величину БПКповн більше 1 500 мг лу1 вміст ефіророзчинних речовин близько ЪОмг л, очищена вода мала БПКповн рівне 20-Шмг л, при залишковому вмісті ефіророзчинних речовин 7-9 мг л. Тривалість аерації стічної рідини становить 3-4 год, що відповідає окисної потужності по БПКповн 8000 - 12 ТОВ г -добу або 400-600 ліг на 1 г мулу на добу. При цьому висота шару активного мулу перед сітчастою насадкою становить 1-1,5 м, період фільтрування через неї 40-60 сек, період зворотного продування сітчастої насадки 8-12 сек при інтенсивності подачі повітря 80-120 м-год.
Техніко-економічні підрахунки показують, що фільтротенк, що забезпечує високу окисну потужність при порівняно низьких навантаженнях на активний мул, дозволяє досягти 12-15% економії на собівартості очищення стічної рідини, при цьому економія на капітальних витратах в період будівництва становить 35-40%. Враховуючи викладене вище, високопродуктивний аеротенк даної конструкції слід визнати прогресивною очисною спорудою, особливо для очищення висококонцентрованих виробничих стічних вод, а також для очищення стічних вод, що утворюють активний мул, що важко осідає.
Дослідження основних розрахункових параметрів високопродуктивних аеротенків проводилося авторами у 1966–1968 роках. на лабораторних моделях із пневмомеханічною системою аерації. Цикл спостережень проводився на синтетичній стічній рідині, причому як основний поживний компонент був обраний пептон, а як промислова добавка вводилися різні концентрації амінів аліфатичного ряду, які присутні в стічних водах багатьох виробництв. Протягом експерименту робоча доза активного мулу підтримувалася на рівні 4-8 г л при кількості мулу циркулюючого 100-500% і витраті повітря, що подається в залежності від навантаження 40-80 на 1 л очищеної рідини.
Можливість інтенсифікації очищення стічної рідини шляхом збільшення робочої дози активного мулу, а з іншого боку, непридатність традиційних станцій аерації для надійної роботи у вказаному режимі визначають один з основних напрямків у розробці конструкцій високопродуктивних аеротенків. 2015-03-15

У цій статті наводяться технологічні параметри роботи біологічної очистки в аеротенках. Описуються особливості технологічної схеми: висока концентрація мулової суміші, високий коефіцієнт рециркуляції активного мулу. Для усунення недоліків, властивих аеротенкам-витіснювачам, проведено конструктивні зміни аеротенків: встановлено нову систему аерації, влаштовано поздовжній рецикл мулової суміші в аеротенках за допомогою ерліфтів.

Фото 1. Інфузорії Epistylis plicatilis

Фото 2. Колонія коловраток

Фото 3. Коловратка в шарі мулу

Контроль за процесом біологічного очищення в аеротенках здійснюється у фізико-хімічній та гідробіологічній лабораторіях за сучасними методиками аналізу з використанням відеокамер та комп'ютерів для накопичення інформації про стан біоценозу та всі його зміни.

В результаті реконструкції досягнуто високих результатів очищення стічних вод. Концентрація органічних забруднень після біологічної очистки не перевищує 3 мг/дм. Сумарна концентрація мінерального азоту не перевищує 10 мг/дм, ефективність очищення важких металів становить 94-96 %, по нафтопродуктах - 92-96 %о. Досягнуті результати (за якістю очищення та показниками енергоефективності) дозволяють зробити висновок про доцільність використання процесу біологічного очищення в аеротенках з низькими навантаженнями для досягнення високої якості очищення за низьких витрат на реконструкцію споруд біологічного очищення. Витрати реконструкцію окупаються протягом двох-трьох років.

У цеху НіОПСВ ВАТ «Міндобрива» проводиться очищення стічних вод двох підмосковних міст - Єгор'євська та Воскресенська. Об'єм стічних вод становить у середньому 60-80 тис. м 3 /сут. Характер забруднень, що надходять, — господарсько-побутовий. Стічні води мають концентрації за зваженими речовинами в межах 150-180 мг/дм 3 по БПК-5 - до 160 мг/дм 3 по ХПК - 250-350 мг/дм 3 . Очисні споруди виконані за класичною схемою біологічної очистки. Осад, що утворюється, після спеціальної обробки, в повному обсязі використовується на рекультивацію промислового полігону. Збудовані 40 років тому споруди багаторазово реконструювалися. В останнє десятиліття було завершено реконструкцію біологічного очищення в аеротенках з метою підвищення якості очищення стоків та енергоефективності процесу очищення.

Традиційні схеми біологічної очистки (з використанням мікроорганізмів у зваженому стані в аеротенках з подальшим їх осадженням у вторинних відстійниках) не забезпечують ефективне та надійне очищення стічних вод до жорстких встановлених норм допустимого скидання. Особливо великі складності виникають при досягненні норм допустимого скидання для водоймищ рибогосподарського значення.

Для вирішення завдання глибокого очищення стічних вод від органічних та біогенних сполук у світовій практиці розроблено декілька основних технологічних процесів: технологія SBR (з реакторами змінної дії); технологія послідовного чергування аеробної, аноксидної та анаеробної зон біологічного очищення в аеротенці; технологія концентрування біомаси шляхом поєднання в реакторах зважених та прикріплених форм мікроорганізмів; технологія концентрування біомаси завислих форм мікроорганізмів з подальшим їх затриманням спеціальними мембранами.

Концентрація органічних забруднень після біологічної очистки не перевищує 3 мг/дм. Сумарна концентрація мінерального азоту не перевищує 10 мг/дм, ефективність очищення важких металів становить 94-96 %, по нафтопродуктах - 92-96 %

Технологія SBR передбачає послідовне проведення в одному реакторі в періодичному режимі протягом його роботи чергування аеробних і анаеробних процесів. Ця технологія дуже дорога і вимагає найскладнішої системи виконавчих механізмів для виконання команд системи управління процесом. Циклично-змінні кисневі умови життєдіяльності мікроорганізмів у такому реакторі, у зв'язку з адаптаційним фактором, гальмують швидкість біохімічних реакцій та збільшують час, необхідний для проходження реакції. Це збільшує обсяг реактора.

Технологія послідовного чергування анаеробної, аноксидної та аеробної зон при реконструкції знижує на 30-40% продуктивність біологічного очищення. Багатоваріантна система рециклів активних мулів та стоків із різних зон обробки значно ускладнює контроль за технологічним процесом та його керованість. Збільшується кількість виконавчих механізмів, встановлених у малодоступних місцях, значно збільшується обсяг активного мулу, що перекачується.

Технологія концентрування біомаси з використанням зважених та прикріплених на інертних носіях форм мікроорганізмів пов'язана з витратами на придбання носіїв, встановлення цих носіїв у біореактори та значними труднощами під час ремонту аераційних систем. Поява в муловій суміші біоплівки з інертних носіїв вимагає збільшення часу відстоювання мулової суміші, тобто збільшення та розмірів відстійників. Технологія концентрування біомаси зважених форм мікроорганізмів у реакторі (з наступним відділенням на полімерних мембранах) пов'язана з витратою коштів на реагенти для регенерації мембран та зі складністю експлуатації.

Однак необхідно проводити реконструкцію існуючих споруд біологічного очищення з підвищенням ефективності очищення для зниження скидання у водоймища органічних забруднень та біогенних елементів. Це можливо при використанні аеротенків-витіснювачів у режимі продовженої аерації.

Процес очищення стічних вод в аеротенці можна представити так. При надходженні освітлених стоків в аеротенк стоки поєднуються з бавовнами зворотного мулу. На поверхні зооглів, що складають бавовни мулу, відбувається сорбція нерозчинених та колоїдних забруднень, які надходять із освітленими стоками. Розташовуючись на поверхні зооглів, які покриті полісахаридним гелієм, бактерії у присутності кисню виділяють ферменти для окислення забруднень. Частина розчинених забруднень потрапляє у тіло бактерій, де з допомогою ферментів відбувається їх окислення. При окисленні забруднень ферментами бактерій можливе використання розчиненого в муловій суміші кисню, так і нітратів. З'єднання, отримані в результаті ферментативного окиснення, використовуються бактеріями для розмноження, тобто зростання чисельності.

Процес розвитку бактерій в аеротенці умовно можна поділити на три фази. Перша їх — це фаза логарифмічного зростання. У цій фазі відбувається зростання чисельності і маси бактерій на величину забруднень, що містяться в вступних стічних водах, за мінусом маси, використаної самими бактеріями на отримання енергії для життєдіяльності.

У другій фазі (розвинений біоценоз активного мулу) відбувається стрімкий розвиток мікроорганізмів-хижаків, які використовують масу бактерій і забруднення, що залишилися, в якості їжі і для подальшого розмноження. Вичерпання запасів органіки, що легко окислюється, переводить біоценоз активного мулу у фазу ендогенного дихання або автотрофного окислення. У цій фазі джерелом енергії для життя та розмноження мікроорганізмів є маса мікроорганізмів найактивнішого мулу. Різко знижується кількість бактерій, кількість хижих мікроорганізмів визначається швидкістю самоокислення мікроорганізмів мулу.

У третій фазі починається окислення в результаті окислення неорганічних сполук азоту - відбувається реакція нітрифікації з використанням великої кількості кисню з мулової суміші. У фазі ендогенного дихання мікроорганізмів відбуваються процеси: формування великої щільної бавовни мулу із зооглів бактерій, нитчастих бактерій, грибів, актиноміцетів; продовжується процес окислення органічної речовини - речовини організмів біоценозу активного мулу; відбувається окислення неорганічних форм азоту в присутності кисню – нітрифікація, відновлення у присутності нітратів – денітрифікація.

Біоценоз активного мулу коридорних аеротенків, що працюють у режимі низьких навантажень, з глибокою нітрифікацією та денітрифікацією характеризується великою видовою різноманітністю (понад 30 видів найпростіших), проте без чисельного переважання будь-якого виду

Для цих протилежних реакцій стосовно кисню необхідно створити умови кожному з них. Це можливо лише за допомогою створення різних зон: анаеробної, аеробної та аноксидної. Бавовна мулу можна розглядати як кулясте або еліпсоїдне утворення з наявністю всередині нього зон, куди не надходить розчинений кисень з мулової суміші, навіть при значній концентрації кисню (4-6 мг/дм 3) у стічній воді.

Для проведення процесу очищення стоків від забруднень, необхідно провести глибоке окислення органічної речовини, що міститься в освітленій воді, глибоке окислення речовини бактерій активного мулу. Отримані речовини, що містять азот, окислити до нітратів і відновити до газоподібного азоту. Для підвищення швидкості реакції відновлення (денитрифікації) необхідно збільшити в аеротенці аноксидну та анаеробну зону.

Збільшення проводиться двома шляхами:

• за рахунок збільшення кількості бавовни мулу, що призводить до підвищення концентрації мулу до 5-6 мг/дм 3 ;
• за рахунок збільшення розмірів бавовни мулу, що призводить до зниження навантаження по БПК до 35-50 мг на грам сухої речовини на добу, підтримці мікроорганізмів у фазі ендогенного дихання.

Одночасно, низькі навантаження по БПК на аеротенк дозволяють проводити глибоке окислення органічної речовини до 3,5 мг/дм 3 майже до теоретично досяжних 2,5 мг/дм 3 . На підставі вищевикладених теоретичних положень в аеротенках цеху НіОПСВ було організовано режим роботи з такими значеннями технологічних параметрів: навантаження по БПК – 35-50 мг на грам сухої речовини БПК на добу; час аерації - 8-12 год; доза мулу - 5-6 г/дм 3 ; концентрація розчиненого кисню - 4-6 мг/дм 3; коефіцієнт рециркуляції - 0,8-1,0; електродний потенціал у межах -200...-250 мВ; муловий індекс - 90-130; зольність мулу - 35-40%; питома витрата повітря на аерацію - 6-7 м 3 на 1 м 3 стоків; питома витрата електроенергії на аерацію - 0,35-0,4 кВт · год на 1000 м 3 .

У той же час необхідно відзначити недоліки коридорних аеротенків:

• нерівномірність навантаження на активний мул за довжиною споруд, що погіршує його технологічні показники;
• недолік розчиненого кисню на початку першого коридору та надлишок у другій половині другого коридору.

Для усунення цих недоліків в аеротенках було влаштовано поздовжній рецикл мулової суміші. Схема представлена ​​рис. 1. Рециркуляційний вузол виконаний у вигляді водоповітряного насоса-ерліфта, який перекачує мулову суміш з кінця другого коридору початку першого. Значення коефіцієнта рецикла - 2,1-2,5. Внаслідок більш тривалого знаходження активного мулу в аеробних умовах та прискорення обороту біомаси: зростає окисна здатність біомаси активного мулу за рахунок підвищення рівня ферментативної активності; підвищується макротурбулентність в аеротенці - знижується розмір застійних зон; знижується питоме навантаження на активний мул; покращується кисневий режим споруди, без скорочення середньої довжини пробігу, оброблюваних стічних вод, що виключає проскок неокислених забруднень.

Це дозволило досягти наступного: підвищити мінералізацію активного мулу та знизити кількість надлишкового активного мулу до мінімального значення; підвищити стійкість біоценозу активного мулу при надходженні скидів промислових стоків, що важко окислюються, контроль стану мулу проводився за методикою біоестімації; стабілізувати кисневий режим у муловій суміші під час ремонту повітродувок.

Біоценоз активного мулу коридорних аеротенків, що працюють у режимі низьких навантажень, з глибокою нітрифікацією та денітрифікацією характеризується великою видовою різноманітністю (понад 30 видів найпростіших) без чисельного переважання будь-якого виду. Чисельність нитчастих бактерій, дрібних безбарвних джгутикових, дрібних форм голих та раковинних амеб незначна. З інфузорій переважають брюхоресничні та прикріплені форми.

На фото 1 представлена ​​колонія Epistylis plicatilis. Присутність хижаків позитивно впливає на ступінь очищення води від органічних забруднень за рахунок інтенсифікації біологічних процесів у бактеріальному середовищі через надходження до неї речовин, що виділяються із фрагментів мікрофауни при їх деструкції в аеротенках у фазі ендогенного дихання. В активному мулі завжди присутні коловратки (фото 2-3), інфузорії, що смокчуть, хижі гриби, різноманітні черв'яки, тихоходки.

По БПК5 було досягнуто значення 3 мг/дм 3 відповідне гранично допустимим скиданням (ПДС) для водойм рибогосподарського призначення (рис. 2). За величиною ГПК - 30 мг/дм 3 . Щодо мінерального азоту — 10 мг/дм 3 (рис. 3), що відповідає рекомендаціям Гельсінської комісії (Helcom) для міст із населенням понад 100 тис. жителів. Ефективність очищення заліза склала 90-92%, очищення важких металів - 94-96%, ефективність нафтопродуктів - 92-96%.

При роботі аеротенків у режимі низьких навантажень зі значенням коефіцієнта поздовжнього рециклу 2-3:

• досягається висока якість очищення стічних вод, що відповідає рекомендаціям Helcom без збільшення витрат на електроенергію під час експлуатації;
• висока якість очищення не потребує великих витрат сировини, матеріалів;
• процес простий в обслуговуванні та контролі за ним;
• реконструкція коридорних аеротенків в аеротенки, що працюють у режимі з продовженою аерацією, потребує мінімальних витрат (на реконструкцію системи аерації, збільшення продуктивності насосів для поворотного мулу, встановлення ерліфтів для поздовжнього рециклу);
• знижуються витрати на оплату до бюджету за скидання забруднень з очищеними стічними водами;
• значно знижується кількість надлишкового активного мулу - знижуються витрати на його зневоднення та утилізацію;
• технологічний процес не ускладнюється (не потрібні витрати на складні прилади контролю, виконавчі регулюючі механізми, не підвищуються вимоги до кваліфікації обслуговуючого персоналу).

Така реконструкція – реальний шлях покращення якості очищення більшості очисних споруд районного значення. Витрати на подальше підвищення якості очищення азотом і фосфором (до досягнення встановлених нормативів ПДС для водойм рибогосподарського призначення) виявляються занадто великі, наприклад, для бюджету населеного пункту з чисельністю менше 250-300 тис. осіб.

1. Бєляєва Н.А., Гюнтер Л.І. До характеристики біоценозів активного мулу у високонавантажуваних аеротенках та аеротенках із тривалим періодом аерації // Біологічні науки, №7/1969.
2. Жмур Н.С. Управління процесом та контроль результату очищення стічних вод. - М: Луч, 1997.
3. Жмур Н.С. Методичний посібник з гідробіологічного та бактеріологічного контролю процесу біологічного очищення на спорудах з аеротенками. - М: ТОВ «Акварос», 1996.
4. Нікітіна О.Г. Біоестимація: контроль та регулювання процесів біологічного очищення та самоочищення води. Автореф. на соїск. уч. ст. д.б.н. – М., 2012.
5. Капітонова Г.В. Методичні рекомендації щодо проведення гідробіологічного контролю очищення стічних вод з активним мулом. – М., 2012.

Аеробне біологічне очищення великих обсягів вод здійснюється в аеротенках - прямокутних у плані залізобетонних спорудах з вільно плаваючим в обсязі оброблюваної води активним мулом, біонаселення якого використовує забруднення стічних вод для своєї життєдіяльності.

Аеротенки можна класифікувати за такими ознаками:

1. по структурі потоку - аеротенки-витіснювачі, аеротенки-змішувачі та аеротенки з розосередженим впуском стічної рідини (проміжного типу) рисунок 51;

Малюнок 51 - Схеми аеротенків
а - аеротенк-витіснювач; б - аеретенк-змішувач; в - аеротенк проміжного типу;
1 – стічна вода; 2- зворотний активний мул; 3- аеротенк; 4 - мулова
суміш.

2. за способом регенерації активного мулу - аеротенки з окремо стоять або суміщеними регенератів рами мулу;
3. за навантаженням на активний мул - високонавантажувані (для неповного очищення), звичайні та низьконавантажувані (з продовженою аерацією);
4. за кількістю ступенів - одно-, дво-, і багатоступінчасті;
5. за режимом введення стічних вод - проточні, напівпроточні, зі змінним робочим рівнем, контактні;
6. за типом аерації - з пневматичною, механічною, комбінованою гідродинамічною або пневмомеханічною;
7. за конструктивними ознаками - прямокутні, круглі, комбіновані, шахтні, фільтротенки, флототенки та ін.

Аеротенки використовуються в надзвичайно широкому діапазоні витрат стічних вод від кількох сотень до мільйонів кубічних метрів на добу.

В аеротенках-змішувачах воду та мул вводять рівномірно вздовж довгих стін коридору аеротенку. Повне змішування в них стічної води з муловою сумішшю забезпечує вирівнювання концентрацій мулу та швидкостей процесу біохімічного окиснення. Навантаження забруднень на мул та швидкість окислення забруднень практично незмінні по довжині споруди. Вони найбільш придатні для очищення концентрованих (БПКп до 1000 мг/л) виробничих стічних вод за значних коливань їх витрати та концентрації забруднень. В аеротенках-витісняльниках воду та мул подають на початок споруди, а суміш відводять наприкінці його. Аеротенк має 3-4 коридори. Теоретично режим поршневого потоку без поздовжнього перемішування. Насправді існує значне поздовжнє перемішування. Навантаження забруднень на мул і швидкість окислення змінюються від найбільших значень початку споруди до найменших у кінці. Такі споруди застосовують у тому випадку, якщо забезпечується досить легка адаптація активного мулу. В аеротенках з розточеною подачею води по його довжині поодинокі навантаження на мул зменшуються і стають більш рівномірними. Такі споруди використовуються для очищення сумішей промислових та міських стічних вод.

Робота аеротенку нерозривно пов'язана з нормальною роботою вторинного відстійника, з якого зворотний активний мул безперервно перекачується в аеротенк. Замість вторинного відстійника для відокремлення мулу від води може бути використаний флотатор.

Основні технологічні схеми очищення в аеротенках наведено малюнку 52.

Рисунок 52 - Основні технологічні схеми очищення стічних вод в аеротенках
а - одноступінчаста аеротенк без регенерації; б - одноступеневий аеротенк із регенерацією; в – двоступінчастий аеротенк без регенерації; г - двоступінчастий аеротенк із регенерацією; 1 – подача стічної води; 2 - азротенк; 3 - випуск мулової суміші; 4-вторинний відстійник; 5 – випуск очищеної води; 6 - випуск відшарованого активного мулу; 7 - мулова насосна станція; 8 - подача зворотного активного мулу; 9 - випуск надлишкового активного мулу; 10 – регенератор; 11 - випуск стічних вод після першого ступеня очищення; 12 - аеротенк другого ступеня; 13 - регенератор другого ступеня.

В одноступінчастій схемі без регенератора не можна інтенсифікувати процес очищення стоків. За наявності регенератора в ньому закінчуються процеси окислення і мул набуває початкових властивостей. Двоступінчаста схема застосовується при високій вихідній концентрації органічних забруднень у воді, а також за наявності у воді речовин, швидкість окислення яких різко відрізняється. На першому ступені очищення БПК стічних вод знижується на 50-70%.

Для забезпечення нормального перебігу процесу біологічного окислення в аеротенк необхідно безперервно подавати повітря. При аерації повинна бути забезпечена велика поверхня контакту між повітрям, стічною водою та мулом, що є необхідною умовою ефективного очищення.

Система аерації є комплексом споруд та спеціального обладнання, що забезпечує постачання рідини киснем, підтримання мулу у виваженому стані та постійне перемішування стічної води з мулом. Для більшості типів аеротенків система аерації забезпечує одночасне виконання цих функцій. За способом диспергування повітря у воді на практиці застосовуються три системи аерації: пневматична, механічна та комбінована.

При механічній аерації перемішування здійснюється механічними пристроями (мішалками, турбінками, щитками тощо), які забезпечують дроблення струменів повітря, залученого безпосередньо з атмосфери частинами аератора (ротором), що обертаються.

Пневматичну аерацію, при якій повітря нагнітається в аеротенк під тиском, поділяють на три типи в залежності від розміру бульбашок повітря: на дрібнопухирчасту (1 - 4 мм), середньопухирчасту (5-10 мм), великопухирчасту (більше 10 мм), як розподільний пристрої для повітря в дрібнопухирчастій системі аерації застосовуються дифузори, виготовлені з кераміки. Пластмаси, тканини у вигляді фільтросних пластин, трубок, куполів. Для отримання середньопуерчастої аерації застосовують перфоровані труби, щілинні та інші пристрої. Великопухирчаста аерація створюється відкритими трубами, соплами і т.п.

Сучасний аеротенк - це гнучка в технологічному відношенні споруда, що є залізобетонним резервуаром коридорного типу, обладнаний аераційною системою. Робочу глибину аеротенків приймає від 3 до 6 м, відношення ширини коридору до робочої глибини від 1:1 до 2:1. Для аеротенків та регенераторів кількість секцій має бути не менше двох; при продуктивності до 50 тис.м3/сут призначається 4-6 секцій, за більшої продуктивності 8-10 секцій, всі вони робітники. Кожна секція складається із 2-4 коридорів.

Аеротенки цього типу, як правило, виконують коридорними з відстійниками, що окремо стоять (рис. 7). В даному випадку аеоротенк поділяється на паралельно працюючі секції, які включають два і більше поздовжніх коридору.

Режим витіснення забезпечується при відношенні довжини коридору до його ширини більше 30. Якщо зазначене відношення становить 30 і менше, слід передбачити секціонування коридорів поздовжніми перегородками, що віддаляються від поперечних стінок на 2...5 м, на 5...6 осередків.

Стічна вода, що очищається, змішується з активним мулом і подається до аеротенку по каналу, потім надходить в секційні канали, з яких так само по каналах надходить в коридори. Оброблена вода збирається водозбірними лотками і відводиться каналом і трубопроводом у вторинні відстійники.

Тривалість періоду аерації, год,

де: φ – коефіцієнт інгібування продуктами розпаду органічних речовин активного мулу, л/г (табл. 9);

а i – доза активного мулу по сухій речовині, г/л (табл.10);

Рmax – максимальна швидкість окислення органічних речовин, мг/(г·ч) (табл. 9);

0 – концентрація розчиненого кисню, що дорівнює 1…2 мг/л;

s– зольність активного мулу, частки одиниці (табл. 9);

К 0 – константа, що характеризує вплив кисню, мг 2 /л (табл. 9);

L cм - величина БПК повний, що визначається з урахуванням розведення стічних вод рециркуляційним витратою зворотного активного мулу, мг/л;

L t – величина БПК повно очищеної стічної води, мг/л;

До l – константа, що характеризує властивості органічних речовин, мг БПК повно/л (табл. 9);

L 0 - величина БПК повний надходить в аеротенк стічної води, мг/л;

К р - коефіцієнт, що враховує вплив поздовжнього перемішування на процес очищення стічних вод: К р = 1,5 при очищенні стоків до L t = 15 мг/л і К р = 1,25 - при L t > 30 мг/л.

Розмір БПК повний з урахуванням розведення стічних вод рециркуляційним витратою зворотного активного мулу, мг/л,

(19)

тут: r i - Коефіцієнт рециркуляції активного мулу, частки одиниці, що визначається за рис. 2, залежно від дози активного мулу за беззольною речовиною а h i і величини мулового індексу або за формулою:

Примітка: 1. Формула (18) справедлива за умови i<175 см 3 /г и а i £5 г/л;

2. Величина r i повинна бути не менше 0,3 для відстійників з

илососами, 0,4 – з илоскребами, 0,6 – при самопливному видаленні активного мулу.

Доза активного мулу по беззольній речовині, г/л,

Величину мулового індексу слід визначати експериментально. За відсутності експериментальних даних допускається приймати за табл. 11 залежно від навантаження по БПК повний на 1 г беззольного речовини активного мулу на добу Ra, мг/(м. добу), що дорівнює:

(22)

де t р - Тривалість періоду аерації з урахуванням температури стічної води, год,

або розраховувати за формулою:

(23)

Рис.7. розрахункова схема коридору аеротенку-витіснювача

Таблиця 9

Основні розрахункові дані характеристики процесу стічних вод в аеротенках

Примітка. Для інших виробництв зазначені параметри слід приймати за даними науково-дослідних організацій.

Таблиця 10

Основні технологічні характеристики аеротенків

Режим навантажень по забруднюючих речовин	Споруди	Тривалість аерації, год	Доза активного мулу по сухій речовині, г/л	Іловий індекс, см 3 /г
Низькі	Аеротенки продовженої аерації	10…30	3…12	40…80
Середні	Аеротенки звичайні	6...8	2…4	50…100
Аеротенки з регенераторами	5…6	2…4	50…100
Аеротенки високопродуктивні	3..5	3,5…8	50…100
Високі	Аеротенки високонавантажувані	0,4…4	1,5…10	80…200

Період аерації з урахуванням температури стічних вод, ч,

тут: T–середньорічна температура стічних вод, 0С.

Концентрація зворотного активного мулу, г/л,

(25)

Таблиця 11

Значення мулового індексу

Концентрація активного мулу в муловій суміші з урахуванням концентрації мулу і коефіцієнт рециркуляції, г/л,

(26)

де: З ст – концентрація завислих речовин у стічних водах, що надходять в аеротенк, г/л;

До і = 0,80 ... 0,85.

Тривалість періоду аерації з урахуванням рециркуляції зворотного активного мулу, год,

Робочий обсяг аеротенку, м 3 ,

(28)

Тут: q-розрахункова витрата стічних вод, м 3 /год, що приймається в залежності від величини коефіцієнта нерівномірності припливу стічних вод:

· При коефіцієнті нерівномірності не більше 1,25 - дорівнює середньогодинному витраті стічних вод;

· При коефіцієнті нерівномірності більше 1,25 - дорівнює середньому витраті в години максимального припливу стічних вод;

N-кількість аеротенків.

Робочий обсяг секції аеротенку, м 3 ,

причому, N c – кількість секцій в аеротенці, N c ³2.

Примітка: Кількість секцій в аеротенці орієнтовно рекомендується приймати для станцій продуктивністю до 50000 м 3 /добу 4...6, для станцій більшої продуктивності - 8...10.

Ширина коридору, м,

де: До b = 1...2;

h 1 – робоча глибина аеротенку, h 1 = 3…6.

Ширина секції аеротенка, м,

тут n-кількість коридорів у секції, n = 2 ... 4.

Довжина коридорів аеротенку (робоча довжина аеротенку), м,

Примітка: Оскільки споруди з великими габаритними розмірами прийнято виконувати зі збірного залізобетону, то довжина коридорів повинна бути кратна 6 м і складати 36...114 м. Якщо ця умова не виконується, то необхідно скоригувати ширину коридорів, їх кількість, кількість секцій або кількість аеротенків.

Загальна кількість секцій в аеротенці:

(33)

тут N c.p. - Число резервних секцій, що визначається з умови, що їх пропускна здатність повинна становити не менше 50% продуктивності робочих секцій, тобто.

(34)

Ширина аеротенку, м,

Повна глибина аеротенку, м,

де h 2 - Висота бортів аеротенку, h 2 = 0,3 ... 0,5 м.

Діаметр магістрального трубопроводу подачі стічних вод до аеротенок, м,

(37)

тут v св – швидкість руху води у трубопроводі, м/с, рівна при напірному русі – 3 м/с, при безнапірному русі – 0,8…1,0 м/с.

Аеротенк – це споруди прямокутної форми, якою протікають стічні води, перемішані з активним мулом. У цій ємності виконується біохімічне очищення стічних вод. Аеротенк-відстійник обов'язково укомплектовується аератором (механічним або пневматичним). Завдяки аераційній системі стоки з активним мулом насичуються киснем, який життєво важливий для аеробних мікроорганізмів. Дана схема біологічної очистки реалізується лише в умовах достатнього насичення стоків активним мулом, а також при безперервному надходженні кисню. Тільки за таких умов забезпечується активне біохімічне окислення органіки, що гарантує високу ефективність споруд біологічного очищення.

Аеротенки бувають декількох видів в залежності від того, які технологічні схеми очищення в них передбачені. Так, виділяють такі види споруд біологічної очистки:

1. Витіснювачі. Це споруди, схема роботи яких заснована на подачі стічних вод з одного боку та виході очищених стоків з протилежного боку.
2. Змішувачі. У цих спорудах подача стічних вод та вихід очищеної рідини виконуються одночасно.
3. Конструкції, в яких відбувається розосереджене вливання води. При цьому схема передбачає, що забруднене середовище входить у споруду з кількох точок, збирається в одному резервуарі та після очищення виходить через один отвір.
4. Аеротенк з нерівномірним розосередженням рідини. У таких конструкціях вхід забрудненої води відбувається з кількох точок. Через певний час після очищення рідина також виводиться в ґрунт по декількох вихідних патрубках.

На фото нижче представлені основні види аеротенків: на першій схемі зображені витіснячі, на другій – змішувачі, третя схема на фото показує принцип роботи споруд з розосередженням.

Ефективність роботи

Як ви вже зрозуміли, для ефективної роботи аеротенка потрібен активний мул. На його освіту, життєздатність, а також рівень біологічної очистки істотно впливає температура, наявність живильного середовища, концентрація кисню в муловій масі, кислотність середовища, наявність токсинів. Також для задовільної роботи важливий технологічний режим, в якому працює аеротенк-відстійник, а саме:

• Необхідно дотримуватися основних співвідношень між ступенем забрудненості стічних вод і кількістю активного мулу. Якщо доза мулу буде меншою, то зростає навантаження та знижується якість очищення. Якщо доза мулу буде більшою, ніж треба, то ускладнюється процес відокремлення мулу від води у вторинному відстійнику.
• Ще одна основна умова, яку треба суворо дотримуватись, – це час контакту забрудненої рідини з мулом, тобто час перебування у відстійнику.
• Не менш важливо, щоб кількість кисню в системі була достатньою.

Важливо: навантаження на мул – це обсяг забруднень, який повинен переробити мул у стічних водах. Окисна здатність мулу залежить від дози сухої речовини в одному літрі рідини. У різних конструкціях аеротенків використовується різне дозування мулу. Зазвичай вона становить 1-20 грн. на літр.

Особливості та відмінності від септика

Як ви вже зрозуміли, аеротенк-відстійник – це споруда біологічної очистки, яка потребує безперервної подачі повітря. Завдяки цьому окислення органічних складових стічних вод проходить швидше та якісніше. При використанні такої схеми очищення утворюється очищена вода, яку можна використовувати для поливу городу, а також різних технічних цілей. Крім цього, активний мул з успіхом використовується для удобрення полів та городів. Збір очищених стічних вод відбувається у другому відстійнику.

Не варто плутати звичайний септик, укомплектований біофільтром, та аеротенк. Основні відмінності між ними полягають у наступному:

• Для закачування повітря в аеротенк потрібний компресор, який працює від електрики. Тому цей вид споруд можна назвати енергозалежними.
• У біофільтр стічні води потрапляють невеликими порціями, а аеротенк наповнюється стоками весь обсяг.
• Схема очищення забруднених вод у біофільтрі дуже нагадує принципи біологічної очистки у грунті. Однак у септику стічні води очищаються швидше та на менших площах. В аеротенці використовується така сама схема очищення, проте швидкість перебігу всіх процесів набагато вища. Така висока швидкість біологічного очищення досягається завдяки використанню аератора та насичення киснем.

Принцип діяльності

Основні принципи роботи аеротенку відрізняються від септика і виглядають наступним чином:

1. Забруднені стічні води надходять у центральну частину конструкції. Це первинний відстійник, який дуже нагадує відстійник, який використовується у двокамерному септику.
2. Після часткового очищення стічних вод вони перекачуються ерліфтом в аеротенк. Тут вони перемішуються з активним мулом, який вже є у цій камері. Активний мул – це особлива речовина, що складається із залишків рослин, колоній бактерій, які беруть участь у переробці органічних складових стоків. Як правило, в активному мулі живуть аеробні мікроорганізми, які в процесі життя потребують кисню. Доступ кисню забезпечується завдяки примусовій аерації.

Важливо: для закачування повітря використовується компресор, а його розподілу по аеротенку – система воздуховодов. При цьому концентрація кисню в очищеній воді на виході із споруди становить щонайменше 2 мг/л. Іноді для вимірювання рівня кисню використовується вбудована автоматика, яка збільшує подачу кисню при зниженні його концентрації в рідині на виході.

1. Після перебування в аеротенці стоки потрапляють у вторинний відстійник. При цьому мікроорганізми та активний мул, що осіли на дно, повертаються в аеротенк. Час перебування мулу у вторинному відстійнику обмежений, оскільки для зворотного перекачування використовується спеціальний насос.
2. У вторинному відстійнику вода знаходиться достатньо часу для того, щоб пройти завершальну стадію очищення.

Оскільки в процесі життєдіяльності бактерій вони постійно розмножуються, їхня кількість за деякий час не скорочується, а тільки збільшується. Це сприяє тому, що ефективність очищення в ході експлуатації аеротенку тільки збільшується.

Споруди біологічної очистки можуть бути виконані у вигляді однієї ємності, яка розділена всередині на окремі відсіки, або у вигляді багатокамерної конструкції окремих блоків. Зазвичай при використанні багатокамерної конструкції обладнають вторинні відстійники для збору мулу з подальшим виведенням очищеної води в дренажні канави або накопичувальні резервуари, звідки рідина буде використовуватися для поливу городу. При цьому об'єм води, що потрапляє у вторинний відстійник, не повинен перевищувати 8-10 літрів в секунду.

Аеротенки, які складаються з трьох споруд у вигляді первинного відстійника, аеротенку та вторинного відстійника, забезпечують більш якісне очищення води. Однак такі конструкції потребують складного догляду.

Для роботи аеротенку потрібні такі ресурси:

• Електрика з напругою 220 В. Залежно від модифікації може споживатись від 80 Вт. Для ефективної роботи споруди не повинно бути перебоїв у подачі електроенергії.
• Аеробні мікроорганізми.

Переваги та недоліки

До переваг аеротенків можна віднести такі моменти:

1. Вся конструкція дуже компактна, що дозволяє виконати встановлення навіть на невеликій ділянці.
2. Оскільки в ході життєдіяльності аеробів не виділяються гази, від споруди немає неприємного запаху.
3. Таку конструкцію не потрібно утеплювати на зиму, оскільки при переробці органічних відходів виділяється велика кількість енергії, що дозволяє навіть узимку підтримувати необхідну температуру всередині конструкції.

Однак такі вироби мають свої недоліки:

1. Без електроенергії може бути забезпечений достатній рівень очищення. Оскільки компресор не працюватиме, відбудеться загибель бактерій та активного мулу.
2. Висока ціна заводських виробів.
3. Складне обладнання, що використовується в роботі аеротенку, потребує постійного контролю.
4. Якщо тривалий час не користуватися каналізацією, то живильного середовища для бактерій не буде, і вони загинуть.

Важливо: при працюючому компресорі та відсутності надходження стічних вод активний мул зберігає свою життєздатність протягом 3-х місяців. Якщо буде відключено й електрику, то за три місяці мул загине.

Щоб запобігти загибелі активного мулу, в конструкцію аеротенка заливається суміш активного сухого мулу з водою. Це потрібно робити раз на місяць. Якщо ж з якихось причин мул загинув, то доведеться здійснювати повторний запуск аеротенку. Для цього роблять таке:

• Звільняють аеротенк від загиблого мулу. Для цього його потрібно промити водою.
• Живий активний мул можна взяти в іншій аеротенці. Щоб із цим не було проблем, необхідно підписати договір техобслуговування аеротенку при його купівлі.

Встановлення

Зазвичай установку аеротенку роблять фахівці тієї фірми, де ви купували обладнання. Оскільки вимоги до монтажу можуть незначно відрізнятися у різних моделей, перед встановленням виробу необхідно уважно прочитати інструкцію, де наведено докладні вказівки з монтажу.

Установка заводського виробу зазвичай виконується у кілька етапів:

1. Роється котлован, виходячи з габаритів виробу. Зазвичай його розміри дорівнюють 180х180х260 см.
2. На дні ями робиться піщана подушка заввишки 15 див.
3. Опускаємо конструкцію у котлован.
4. Перед тим, як виконувати зворотне засипання, в аеротенк заливається вода. При цьому заливання води роблять поступово в міру засипання. Рівень води весь час повинен бути вищим за рівень засипки на 15-20см. Це потрібно для того, щоб тиск ґрунту не пошкодив стінки конструкції. Засипку робимо до рівня розташування патрубків для кріплення комунікацій.
5. Підключаємо до аеротенки комунікації.
6. Виконуємо встановлення компресора.
7. Підключаємо електрику.
8. Завершуємо зворотне засипання і трамбуємо ґрунт.