Сооружения комплексного назначения для безреагентного отстаивания воды

Одними из рациональных сооружений комплексного назначения, включая предва­рительное отстаивание речных высокомутных вод, являются водоприемные ковши и подводящие каналы от головного источника водоснабжения до очистной станции. При благоприятных рельефных и климатических условиях в составе водозаборно-очистного комплекса целесообразно устройство запасно-регулирующих бассейнов (водоемов), располагаемых непосредственно возле водотока в районе головного водозабора. Обес­печивая в них наполнение и хранение до 30-45 суток объемов воды, такие сооружения используют для комбинированной физико-химической и природной биологической эф­фективной предочистки воды.

В подводящих каналах при соответствующем обосновании, в частности при необ­ходимости удаления из очищенных вод ингредиентов антропогенного происхождения, экономически и технологически обосновано высаживать высшие водные растения (тро­стник, рогозник узколистый и др.).

Вторым важным условием эксплуатации таких сооружений является поддержание в них требуемого кислородного режима и прочистки заиливаемых участков.

Наибольшее применение в практике водоснабжения находят ковшевые водоприем­ники, выполняющие одновременно функции сооружений предочистки и средств борьбы с шуголедовыми помехами. Различают ковши с верховым, низовым и двусторонним входом воды из водотока.

Ковши с верховым входом применяют на реках, где не требуются особые меры по борьбе с шугой и при относительно небольших количествах наносов (<0,1—0,5 кг/м³). На реках с большой мутностью воды (до 4-5 кг/м³) ковшовые отстойники должны обя­зательно оборудоваться устройствами для самопромыва за счет увеличения транспорти­рующих скоростей движения воды и наносов. Такие устройства представляют собой ре­гуляторы со щитовыми затворами, струенаправляющие дамбы, трубные регуляторы, размещаемые на входе в ковши, и др.

Схемы для выбора и расчета водоприемных ковшей с низовым входом

а), б), в), г) частично затопляемые; д), е), ж) незатопляемые: 1 - верховая затопляемая в полово­дье дамба; 2 - низовая незатопляемая дамба; 3 - регуляторы; 4 - речная незатопляемая дамба; 5 - насосная станция; 6 - радиальные отстойники.

Схемы расположения транзитной струи в низовом (а) и заглубленном в берег (б) ковшах, а также зависимость р = (u/u_max)^1/n(в)

На рисунке β - угол бокового расширения транзитной струи; В - ширина тран­зитной струи в начальном сечении; V_T- скорость транзитной струи; φ - угол отвода; р - количество взвешенных наносов, не впадающих в транзитной струе ковша, взятое в долях начального количества взвеси. w_max= 0,04V_a- наибольшая гидравлическая круп­ность в составе взвешенных наносов, транспортируемых речным потоком, равная поло­вине динамической скорости, соответствующей береговой части речного потока; V_a— скорость течения воды в реке.

По производительности водозаборов на реках с небольшими глубинами и периоди­ческим образованием шуги ковшовые отстойники целесообразно устраивать при расхо­дах воды не менее 0,5 м³/с.

Оценку задерживающей способности ковшовых отстойников по взвешенным ве­ществам производят по гидравлической крупности фракции наносов, полностью задер­живаемой в ковше (w_n), мутности воды до и после ковша (М), суточном объеме отложе­ний наносов в ковше (W),мощности слоя наносов на входе в ковш (h_H).

где Q_B- расход воды, забираемой из ковша, м³/с; p_w- плотность отложений наносов, т/м³; Q_o6- расход водообмена ковша с речным потоком.

Перед шугоходом и после паводков проводят расчистку подходов к водоприемным ковшам с помощью землеройных снарядов. Самопромывающиеся ковши позволяют производить очистку бассейнов за счет речного стока. Опыт работы ковшов-отстойни- ков показывает, что при условии соблюдения требований к их эксплуатации удается до­стичь 70-80% эффекта удаления из воды взвесей и фитопланктона.

Одним из эффективных комплексных методов забора и улучшения качества исход­ной воды является устройство прибрежных (наливных) водохранилищ для осветления воды из загрязненных рек и каналов, подверженных периодическим залповым сбросам в них загрязнений. Этот метод широко распространен в ряде стран Европы. Так, в Ни­дерландах воду из р. Рейн перед очистными сооружениями сначала направляют в налив­ные водохранилища для отстаивания от 7 до 260 суток. В крупных городах (Амстердам, Антверпен, Роттердам) на водопроводах производительностью от 100 до 600 тыс. м³/сут такие водохранилища позволяют исключить водоотбор из рек в периоды их случайного аварийного загрязнения. Они обеспечивают стабильное водоснабжение при низких уров­нях и расходах воды в источниках, улучшая качество исходной воды.

Значительный запас воды в водохранилищах позволяет отключить любое из них для регулярной очистки земснарядами или ремонта, а также более строго подходить к качеству воды, используемой для их заполнения. В периоды паводка, повышенного со­держания в воде аммонийного азота, планктона и других токсичных компонентов отбор воды из реки не осуществляется.

Процессы бактериального самоочищения в водохранилищах замедляются при тем­пературе воды в них ниже +6-+8 °С. На практике увеличивают объем водохранилищ и время пребывания воды в них до такой степени, чтобы определенный период пребыва­ния там воды обязательно приходился на теплое время года. Интенсификация очистки воды в наливных водохранилищах осуществляется повышением эффективности про­цессов биологического самоочищения за счет сокращения времени пребывания воды в них до 3 суток и озонированием дозой 0,8 мг/л летом и 1,5 мг/л - зимой. Даже малое время пребывания речной воды в водохранилищах обеспечивает очистку по мутности на 50-60%, аммонийному азоту на 60%, перманганатной окисляемости на 40%, количе­ству патогенных бактерий на 90%.

Недостатком наливных водохранилищ является необходимость больших площадей под их строительство, а также затруднения в организации предотвращения загрязнений воды воздухом при аварийных выбросах загрязненногошоздуха. Сложно создание водо­хранилищ в густонаселенных промышленноразвитых районах.

В зависимости от отношения расчетных расходов воды в водотоке (реке, канале) и воды, отбираемой в наливные водоемы (водохранилища), а также суточного отбора во­ды из водоемов водозаборные сооружения могут быть приплотинными и отдельно рас­положенными на берегах водохранилищ.

При неблагоприятных климатических условиях и соблюдении экологической безо­пасности длительное пребывание речной воды в водохранилищах даже без применения реагентов радикально улучшает ее качество. Например, за время пребывания воды в аэ­рируемых водохранилищах происходит также значительное удаление из нее нераство­римых осадков свинца, кадмия, железа и марганца. Отмечается удаление из воды взве­шенных веществ, меди, ртути и хрома, 5-10-кратное снижение концентрации нефтепро­дуктов, почти полное удаление фекальных коли-бактерий, 98%-ное снижение общего бактериального загрязнения и 40-50%-ное снижение ООУ по ХПК и окисляемости. Как показывают газо-хромато-графические и массо-спектрометрические анализы, пребыва­ние воды в водохранилищах значительно уменьшает ее микрозагрязнение различными группами органических веществ естественного и синтетического происхождения. По- видимому, это происходит в результате протекания процессов испарения (летучих), ад­сорбции и соосаждения, а также биоразложения.

Достигаемое в водохранилищах довольно глубокое удаление большинства из нахо­дившихся в воде синтетических органических веществ (многие из которых образуют при хлорировании воды хлорорганические вещества и другие токсичные соединения), аммонийного азота существенно облегчает и удешевляет последующую очистку воды, сокращает расход реагентов на получение высококачественной питьевой воды.

Нередко небольшие по объему (до 0,05-0,1 км³) наливные водоемы и водохранили­ща являются звеном единого водохозяйственного комплекса, в которые помимо водо­емов входят участки рек, магистральные оросительные каналы и водоводы.

Для южных регионов стран СНГ характерно наличие в поверхностных водоисточ­никах большого содержания взвешенных веществ.

В частности, поверхностные воды, являющиеся источниками групповых водопро­водов, Ставрополья, Кубани, Средней Азии и др. превышают ~60% всего водоотбора на хозпитьевые нужды.

Большая часть поверхностных вод в этих регионах отличается высоким содержа­нием взвешенных частиц - от 1,5 до 20 г/л. Строительство и эксплуатация реагентных станций таких вод сложны и дорогостоящи. Стоимость комплекса водоочистки дости­гает 40-50% общей стоимости групповых водопроводов.

Поэтому для небольших населенных пунктов и локальных водопотребителей пред­почтительнее в этих условиях применение безреагентных технологий.

В 1970-1980 годы в АзНИИ водных проблем (д.т.н. И.С. Бабаев) разработана без- реагентная технология очистки высокомутных вод с использованием плавучего водоза­бора-осветлителя (ПВО), в которой осветлитель с наклонными тонкослойными модуля­ми с плавучей насосной станцией образует единый комплекс: плавучий водозабор-ос- ветлитель. ПВО предварительно осветляет воду непосредственно в водоисточнике с по­следующей ее подачей по водоводам в очистные устройства. ПВО отличается компакт­ностью, простотой монтажа и эксплуатации, надежностью в работе; забор воды осуще­ствляется с постоянных глубин независимо от режима и уровня воды в реке.

Осветлитель является одновременно рыбозащитным устройством; защищает на­сосные агрегаты от абразивного действия песчаных частиц, значительно повышая тем самым срок их службы. Преимуществом ПВО является исключение накопления осадка в водотоке благодаря непрерывному рассеянию осевшей взвеси течением потока; нано­сы не скапливаются на дне под осветлителем, позволяя полностью отказаться от соору­жений для обработки и утилизации осадка после предварительного осветления воды, сократить расход воды на собственные нужды, увеличив за счет этого подачу ее потре­бителям. Одновременно исключается отвод сельскохозяйственных земель под очистные сооружения, повышается производительность труда.

Производственные испытания ПВО в период весенних паводков р. Куры показали достаточно высокую его эффективность при удельной производительности, в 5-6 раз превышающей производительность широко применяемых радиальных и горизонталь­ных отстойников. При удельной нагрузке 2,0-3,0 м³/ч-м², содержании взвешенных час­тиц в исходной воде С₀ = 1782-7356 мг/л и в осветленной - С_осв = 1022-3960 мг/л эф­фект осветления изменялся в пределах от 43 до 56%. Гидравлическая крупность частиц, задерживаемых осветлителем, составляла 0,12-0,15 мм/с. Основным технологическим узлом установки является тонкослойный отстойник системы АзНИИВП-2. Его испыта­ния в пик паводка показали, что расход воды на удаление осадка из осадочной части ус­тройства не превышает 0,5-1,5% от производительности установки. При удельной на­грузке на 1 м² площади отстойника АзНИИВП-2 10-12 м³/ч эффект осветления дости­гал 99,4-99,96% при исходном содержании взвешенных веществ 2-3,8 г/л.

Глубокая очистка воды достигается в завершающем технологическом узле установ­ки - скорых фильтрах с фильтрующей загрузкой из клиноптилолита. Современные тре­бования охраны окружающей среды и необходимость снижения эксплуатационных за­трат стимулировали создание безреагентной технологии водозабора и очистки, основан­ной на использовании плавучего водозабора-осветлителя и береговой установки в виде модернизированных фильтров с плавающей загрузкой ФПЗ-2, располагаемой в стволе водонапорной башни.

Водозаборно-очистная установка для очистки высокомутных вод

1 - плавучий водозабор-осветлитель; 2 - насос; 3 - водонапорная башня; 4 - трубчатый отстойник и фильтр с плавающей загрузкой; 5 - бак чистой промывной воды

Дальнейшее развитие этого направления привело к созданию компактной плавучей водоочистной установки «Плот-фильтр» для получения воды питьевого качества непо­средственно в месте забора ее. В основу теоретических предпосылок создания таких ус­тановок легли закономерности процессов осаждения взвеси, содержащейся в высоко­мутных водах рек южных регионов и процессов осветления воды в плавающем фильт­рующем слое. Конструкция плавучей водозаборно-очистной установки «Плот-фильтр» показана на рисунке.

Плавучая водоочистная установка «Плот-фильтр»

Результаты производственных испытаний установки «Плот-фильтр» при содержа­нии в исходной воде канала им. Орджоникидзе от 400 до 4270 мг/л взвешенных веществ показали надежность и устойчивость технологического процесса очистки воды. Оста­точное содержание взвешенных веществ в осветленной воде после доочистки фильт­рованием на береговой установке с загрузкой из клиноптилолита находилось в пределах 1,0-1,5 мг/л, что отвечает требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01.

Испытания плавучей водоочистной установки в системе сельскохозяйственного во­доснабжения показали ее простоту в эксплуатации: при этом отпадает необходимость обработки и утилизации осадка.

Описанные выше сооружения не исключают необходимости строительства на бе­регу специального резервуара чистой воды и устройств для ее обеззараживания с ус­ложнением эксплуатации комплекса сооружений забора, очистки и хранения воды. Рас­ширение функций водозаборно-очистного сооружения и упрощение его эксплуатации достигается устройством дополнительно напорного резервуара чистой воды, размещен­ного между водоподъемной трубой насоса и водоводом; внутри резервуара смонтирова­на бактерицидная установка для обеззараживания воды, а на его наружной боковой по­верхности - блок автоматического управления электронасосом и бактерицидной уста­новкой (рис. 12.29).

Конструктивно такой комплекс состоит из водозаборно-очистного узла с тонко­слойным отстойником 1 и фильтром с плавающей загрузкой 2 с приемной камерой фильтрата 3, погружного электронасоса 4, понтонной платформы 5, напорного резерву­ара чистой воды 6 с размещенной внутри него блоком бактерицидных ламп 6, автомати­ческой станции управления 7, напорного водовода 9, подключенного к съемной крыш­ке резервуара. По сигналу от реле времени станции управления 7 включается насос 4, который, забирая воду из камеры 3, обеспечивает принудительное прохождение воды из водоисточника сначала через тонкослойный отстойник 1, а затем фильтр 2. Очищенная

вода через перфорированную поверхность верхней части камеры 6 собирается внутри нее, обезвреживается и под напором подается потребителю.

1 - тонкослойный отстойник; 2 - ФПЗ-1; 3 - РЧВ; 4 - бактерицидная УФ-установ- ка; 5 - понтон; 6 - трубопровод отвода чи­стой воды; 7 - станция управления УФ- лампами; 8 - крышка; 9 - напорный тру­бопровод.

Биологические методы и установки для предварительной очистки поверхностных вод

Использование управляемых биоценозов в системах очистки природных вод бази­руется на закономерностях поглощения и минерализации гидробионтами взвешенных веществ, на которых, как правило, сорбируются техногенные загрязнения.

Химические и биологические процессы взаимодействия биоценозов водотоков с ингреди­ентами природного и техногенного происхождения, загрязняющими воду, характеризуются: минерализацией органических веществ гетеротрофными гидробионтами за счет де­ятельности аэробных бактерий и простейших;

• биоседиментацией, основанной на биокоагуляции пресноводных и двустворчатых фильтратов-моллюсков;
• биологической детоксикацией, основанной на использовании токсикантов как ис­точника пищи и доминаторв кислорода;
• фотосинтетической аэрации - способности нитчатых (эпифитных) водорослей продуцировать кислород (до 3-5 гО₂/м² сут).
• К методам биологической предочистки и очистки природных вод, содержащих ан­тропогенные примеси, относятся:
• очистка воды (отстаивание, отстаивание с принудительной аэрацией или озони­рованием) в наливных искусственных водоемах и каскаде естественных озер и проточ­ных водоемов;
• очистка воды в каналах и водоемах с высаживаемыми в них водными растениями (тростник, рогоз, ирис и др.), включая наплавные биоплато;
• очистка воды в биореакторах с носителями прикрепленных микроорганизмов, размещаемых в водозаборных узлах и входных сооружениях очистных станций.

Наиболее индустриальный метод реализуется на относительно простых по конструк­ции биореакторах (биофильтрах) с волокнистой или гранулированной насадкой.

В России и за рубежом производится достаточно много полимерных нитей и тка­ней, пригодных в качестве носителей для прикрепленных микроорганизмов. К ним от­носятся полиэтилен, капрон, лавсан и др.

Наиболее широко в качестве насадок для закрепления микроорганизмов могут ис­пользоваться полиамидные материалы, отдельные звенья макромолекул которых соеди­нены между собой амидными группами (-NH-CO-), а материалы характеризуются об­щей формулой [...-NHCO(CH₂)xNHCO-...].

К материалам-носителям из естественного минерального сырья относятся вспучен­ные керамзиты, шунгизит, редоксид.

Волокна, изготовленные из полиэтилена и полипропилена, обладают высокой проч­ностью и стойкостью к действию микроорганизмов. Они не растворимы в воде, спирте, минеральных кислотах (серной, соляной и др.) и щелочах. Капрон также не растворим в воде, обладает стойкостью к действию микроорганизмов, нетоксичен. Он неустойчив по отношению к ряду минеральных кислот (серной, соляной, азотной), при этом высо­коустойчив к щелочам.

Одним из основных параметров, влияющих на эффективность работы волокнистых насадок, является степень наполнения ими объема корпуса биореактора:

φ=W_волок/W_{ак.части}=d_в²l_влN_в/D²_{ак.части}Н_{ак.части}

где W_волок- объем всех загруженных волокон, м³; W_{ак.части}- объем активной части би­ореактора (занимаемой волокнами), м³; d_в- диаметр волокна, мм; l_вл - длина волокна, м; N_в- количество волокон в биореакторе, шт.; D_{ак.части} - диаметр активной части био­реактора, мм; Н_{ак.части} - толщина слоя волокон, м.

При погружении волокнистой загрузки в воду происходит ее сжатие под действием выталкивающей силы Архимеда. Полиэтилен и полипропилен имеют жесткую структу­ру. Капроновые волокна, напротив, хорошо сжимаются при погружении в воду. Это поз­воляет значительно уменьшить количество капроновых волокон при формировании не­обходимой степени наполнения. Относительная величина сжатия слоя волокон может быть определена по формуле

ε=l_вл-l_сл/l_вл

где l_сл - длина волокна в сжатом виде.

Основные параметры, характеризующие волокнистые загрузки в исследуемых би­ореакторах, приведены в таблице.

Использование управляемых биоценозов на водозаборах и очистных станциях тре­бует в каждом конкретном случае особого рассмотрения. При использовании воды из поверхностных водоисточников размещение биореактора возможно непосредственно в оголовке руслового водозабора или в приемном отделении НС-1. При этом необходимо
учитывать реальные, достаточно высокие входные скорости потока воды в водозабор­ный элемент. Конструкция биоректора рассчитывается так, чтобы не происходило раз­рушение (отрыв) элементов наживления биоценоза.

Тип волокна	Диаметр, dвл,мм	Длина, lвл	Толщина слоя, lсл, м	Степень наполнения биореактора насадками
Капрон	0,5	0,40	85	0,15
Полиэтилен	0,4	0,39	23,0	0,15
Полипропилен	0,4	0,38	23,0	0,15

Для эффективной очистки воды при высоких скоростях потока необходимо исполь­зование материала с высокой удельной поверхностью.

По мере зарастания загрузки производят ее промывку. Этот период работы биоре­актора является одним из важнейших, ибо от этого зависит дальнейшая эффективность работы биореактора. Несвоевременная очистка загрузки от налипшей биомассы может вызвать вторичное загрязнение воды. Правильно назначенная интенсивность и продол­жительность промывки повышает эффективность работы биореактора.

При интенсивности 15-20 л/с-м² и продолжительности промывки до 3-6 минут с поверхности загрузки удаляются накопившиеся продукты метаболизма и взвешенные вещества, а биоценоз обрастания разрушается лишь частично и достаточно быстро вос­станавливает свою прежнюю активность.

Конструкция руслового оголовка

1 - рыбозащитный козырек; 2 - железобетонный оголовок; 3 - загрузка; 4 - отвод воды к водо­приемному колодцу; 5 - система отвода промывной воды

Для предотвращения попадания в оголовок мальков рыбы предусматривается ры­бозащитный козырек 1. Внутри оголовка располагается загрузка 3 для наживления био­ценоза обрастания, при проходе через который происходит частичное извлечение орга­нических и неорганических примесей из воды. Отвод воды на дальнейшую очистку производится по трубопроводу 4. Промывка загрузки предусматривается обратным то­ком воды из берегового колодца. При сильном зарастании загрузки в промывную воду дополнительно добавляют обеззараживающий раствор, например, медного купороса. Возможно использование берегового водоприемного колодца. Исходная во­да по трубопроводу 1 подается в приемное отделение колодца. Загрузка из волокон кре­пится на каркасе 3. Для предотвращения попадания оторвавшихся хлопьев биоценоза во всасывающее отделение перед входным отверстием во всасывающее отделение допол­нительно могут устраиваться фильтрующие кассеты, заполненные крупными гранулами пенополистирола.

Конструкция водоприемного колодца

1 - трубопровод подачи исходной воды; 2 - стенки колодца; 3 - каркас с загрузкой; 4 - гидроэле­ватор; 5 - всасывающий трубопровод НС-1; 6 - перфорированная перегородка

Удаление осадка периодически производится с помощью гидроэлеватора 4.

Для промывки биореактора и фильтрующих кассет предусматриваются специаль­ные резервуары, расположенные в наземной части колодца, в которых с помощью на­порного шланга производится отмывка загрязнений от загрузки. Извлечение загрузки и кассет производится ручной или электрической талью. Свободный доступ к загрузке би­ореактора позволяет оперативно изменять степень наполнения, производить промывку и замену волокон. При необходимости повышения концентрации растворенного кисло­рода к биореактору может быть подведен воздухопровод от компрессора. Для поддержа­ния колодца в надлежащем санитарном состоянии его периодически необходимо обра­батывать обеззараживающим раствором.

Перспективным является также сооружение, совмещающее префильтр (биореак- тор-ФПВЗ) и фильтр глубокой доочистки ФПЗ-4. Исходная вода подается по трубопроводу 1 и, фильтруясь снизу вверх через загрузку из дробленого пенопласта, ос­вобождается от грубодисперсных примесей. Верхний удерживающий слой в префильт- ре выполнен из синтетических волокон, являющийся также элементом наживления би­оценоза обрастания. Для повышения эффективности очистки предусмотрена дополни­тельная аэрация. Далее вода проходит глубокую доочистку на фильтре ФПЗ-4. Исполь­зование такой конструкции префильтра позволяет, в зависимости от качества исходной воды, легко изменять степень наполнения за счет способности плавающей загрузки сжимать волокнистый слой. Это также позволяет избежать быстрой кольматации волок­нистого слоя при высоком содержании взвешенных веществ в исходной воде. При не­обходимости обеззараживания воды и сооружений предусматривается подача необходи­мых реагентов.

Биореактор, совмещенный с ФПЗ-4

1 - подача исходной воды; 2 - плавающая загрузка; 3 - подача воздуха; 4 - загрузка из волокон; 5- трубопровод подачи промывной воды; 6 - фильтр ФПЗ-4; 7 - отвод фильтрата; 8 - отвод про­мывной воды

При использовании на очистных сооружениях водопровода микрофильтров или ба­рабанных сеток биореактор возможно разместить в их приемном кармане или путем пе­реоборудования или замены самого барабана, с использованием в качестве загрузки во­локнистого фильтрующего материала. При переоборудовании барабана возможно не­сколько вариантов: крепление к каркасу барабана дополнительных элементов наживле- ния, например волокон. При необходимости более глубокой очистки воды на предвари­тельной стадии ее обработки возможно применение микрофильтра с плавающим филь­трующим слоем. Такая конструкция заметно снижает содержание растворенных орга­нических веществ, грубо- и мелкодисперсных примесей в воде до ее обработки реаген­тами.

Новая конструкция комбинированного сооружения, сочетающего в себе биореак­тор и контактный о светлите л ьный фильтр с плавающей загрузкой, показана на рисунке ниже. Исходная вода поступает в биореактор 1 по трубопроводу 2, с помощью от­ражателя 3 разбрызгивается в надфильтровом пространстве и, обогащаясь кислородом воздуха, поступает в толщу загрузки 5 биореактора, на поверхности которой развивает­ся естественный биоценоз, поглощающий из воды растворенные органические загряз­нения.

Во время «зарядки» биореактора и в периоды ухудшения качества исходной воды предусмотрена дополнительная подача воздуха через распределительную систему 6. Частично очищенная вода поступает в зону накопления осадка 7 с большей площадью поперечного сечения. За счет уменьшения скорости движения воды и направляющих ко­зырьков 8, предотвращающих проскок биомассы, хлопья оторвавшейся биопленки оседа­ют на дно. Отвод воды из биореактора осуществляется по трубопроводу 9, где происхо­дит смешивание с вводимыми реагентами 10. Далее вода поступает на фильтр с плаваю­щей фильтрующей загрузкой 11 и отводится на дальнейшую очистку по трубопроводу 12.

Схема биореактора и контактный осветлительный фильтр

Время, необходимое для образования на поверхности материала загрузки биоцено­за обрастания, в количестве и качестве, достаточном для его эффективного взаимодей­ствия с органическими веществами в природной воде, называется временем «зарядки» биореактора. Оно эквивалентно продолжительности работы биореактора с момента пу­ска его в работу до начала снижения перманганатной окисляемости на 10%. При дости­жении такого эффекта очистки заметно снижается хлоропоглощаемость воды (на 5%).

Согласно исследованиям, проведенным д.т.н. Ж.М. Говоровой и к.т.н. М.В. Орло­вым, при осветлении воды оптимальной степенью наполнения волокнами биореактора следует считать 0,2—0,3. По данным к.т.н. А.Н. Квартенко, при обезжелезивании подзем­ных вод степень наполнения следует принимать в пределах от 9 до 16 волокон на 1 см². Поверхностные воды содержат большее количество взвеси по сравнению с подземны­ми. Для предотвращения быстрой кольматации загрузки степень наполнения биореак­тора, в случае использования волокон как носителей прикрепленной микрофлоры, реко­мендована в пределах 0,1-0,2.

На рисунке ниже показано снижение пермангантной окисляемости, химического по­требления кислорода и азота аммонийного при разной степени наполнения и темпера­туре воды Т =8 °С. Анализ графиков показывает, что при наибольшей степени напол­нения эффект очистки от этих ингредиентов достигал 20-35%. Из графиков видно, что эффект очистки воды зависит от времени «зарядки». Так, для φ = 0,2 оно минимально и составляло чуть более 1-2 суток, при φ = 0,15 — около З и φ = 0,1— 5 суток.

Динамика снижения перманганатной окисляемости при различной степени наполнения

1 - φ =0,1; 2-φ= 0,15; 3 -φ =0,2; исходная вода - t= 8 °С; ПО - 7,6-8,4 мг0₂/л; ХПК - 26,0-31,4; мг 0₂/л; NH₄⁺ - 0,55-0,65 мг/л

При анализе обрастания и осадка в пробах было обнаружено: множество мелких криптомонад (Cryptomonas sp., Rhodomonas sp.); детрит; обломки панцирей диатомо­вых (Synedra, Navicula, Melosira). Среди организмов зоопланктона отмечены Chydorus ovalis, Chydorus sp. На основании полученных данных была установлена степень напол­нения загрузки биореактора, принимаемая в зависимости от качества исходной воды и параметров работы биореактора. В зимнее время при температурах близких к 0 °С и не­значительном содержании взвеси следует применять наибольшую степень наполнения. При температуре воды более 8 °С степень наполнения объема биореактора загрузкой может быть уменьшена до 0,1.

Сложность состава природных вод, наличие в них широкого спектра органических и неорганических веществ, реагирующих с хлором, является причиной того, что до на­стоящего времени эти сложные процессы комплексно оценить можно лишь суммарной характеристикой - величиной хлоропоглощаемости. Исходя из величины хлоропоглощаемости, назначается доза первичного хлора. Увеличение дозы хлора при обработке вод, содержащих органические примеси, в том числе техногенные, способствует росту концентрации в воде ЛXC. Поэтому, добиваясь снижения содержания органических ве­ществ биологическими методами в исходной воде на первой стадии ее обработки, мож­но исключить (существенно снизить) количество вводимого в исходную воду хлора, а следовательно, и предотвратить образование токсичных тригалогенметанов. Коэффици­ент степени наполнения значительно влияет и на скорость обрастания, и на поддержа­ние высокой концентрации биомассы в биореакторе. Температура воды существенно влияет на жизнедеятельность микроорганизмов и, как следствие, на эффективность из­менения хлоропоглощаемости.

Скорость фильтрования воды через слой носителя влияет на условия формирова­ния устойчивого биоценоза обрастания. Так, при высоких скоростях фильтрования бу­дет происходить преждевременное разрушение биоценоза, а при слишком малых - мо­жет оказаться недостаточной величина поступления питательных веществ для нормаль­ной жизнедеятельности микроорганизмов.

Эффективность очистки воды на биореакторе и контактном осветлителе

Показатель	Исходная вода	После биореактора	После КФПЗ-1
Цветность, град	46-54	44-52	18-20
Мутность, мг/л	2,2-3,0	1,4-2,4	од
Хлоропоглощаемость, мг/л	1,1-2,0	0,9-1,3	не опр.
ПО, мгО2/л	8,0-9,2	6,4-7,8	4,8-5,0
Аммиак, мг/л	0,6-0,68	0,55-0,6	0,52-0,6
ХПК, мгО2/л	22,8-26,4	20,6-24,6	16,4-18,0
О2, мг02/л	6,8-7,2	4,2-6,8	не опр.

При сопоставлении данных по изменению концентрации биомассы и перманганатной окисляемости в течение года видно, что в периоды ухудшения качества воды и возрастания температуры (апрель-октябрь) наблюдается более высокая интенсивность обрастания на носителях (до 0,6-0,8 г/г насадки). Отключение установки на промывку осуществляется при ухудшении качества фильтрата или достижения предельных потерь напора.

Динамика изменения температуры воды р. Вологды (■), окисляемости (х, о) до и после обработки в биореакторе и концентрации биомассы (▲) на носителе

Для определения времени, необходимого для отмывки загрузки, была построена кривая кинетики выноса загрязнений при промывке. Для этого были отобраны пробы с интервалом через 0,5 мин. При промывке совместно биореактора и пенополистирольно- го фильтра несколько меняется интенсивность выноса загрязнений по сравнению с про­мывкой только пенополистирольных фильтров. Результаты промывки приведены на рисунке ниже.

Анализ графика показывает, что в начальный период времени вынос загрязнений наиболее интенсивно происходит из биореактора, и только приблизительно через 1 ми­нуту с начала промывки начинается вынос загрязнений из пенополистирольного филь­тра. Задержку во времени можно объяснить тем, что в начальный период времени про­исходит резкое падение уровня воды в биореакторе, так как загрузка из волокон имеет значительно меньшее сопротивление по сравнению с пенополистиролом. При снижении уровня воды в биореакторе до некоторой критической отметки начинается расширение загрузки из пенополистирола и вынос накопившихся загрязнений. На графике это ха­рактеризуется резким возрастанием концентрации взвешенных веществ в промывной воде. Необходимая продолжительность промывки составляет не менее 4—6 минут.

Кинетика выноса загрязнений при совместной промывке биореактора и пенополистирольного фильтра с q=12 18 л/см²