Проект цеха очистки сточных вод дрожжевого завода

1 – водоподающий  канал; 2 – распределительный лоток; 3 – сборный лотк; 4 –глухая перегородка; 5 – водоотводящий канал.

Рисунок 1.4 –  Прямоугольный усреднитель сточных  вод

Сточные водыдрожжевого завода характеризуются большими концентрациями взвешенных веществ, поэтому необходимым элементом в проектировании очистных сооружений является первичное отстаивание, которое обеспечивает нормальное функционирование последующих элементов.

Отстаивание сточных  вод широко применяется для выделения  из них нерастворенных взвешенных грубодисперсных  веществ. Отстойники применяют как основные сооружения механической очистки сточных вод. Отстаивание основано на способности грубодисперсных нерастворенных примесей оседать на дно отстойника под действием гравитационной силы и всплывать на его поверхность под действием силы Архимеда.[2]

Отстойники делятся  на два основных типа: горизонтальные (разновидностью горизонтальных являются радиальные отстойники) и вертикальные.

В курсовом проекте был  выбран вертикальный отстойник, который представляет собой цилиндрический железобетонный резервуар (реже квадратный четырехконусный) с конусным или пирамидальным днищем, так как они применяются на небольших очистных сооружениях с небольшим расходом сточных вод, какими и являются очистные сооружения дрожжевого завода.

Вертикальные отстойники бывают с центральным впуском воды, с нисходяще-восходящим движением воды, с периферийным впуском воды.

В данном случае был использован  вертикальный отстойник с нисходяще-восходящим потоком (рисунок 1.5), так как необходимо как можно более эффективное  осветление сточных вод, а эффект осветления в таком отстойнике составляет 60-65%, что гораздо больше чем в вертикальных отстойниках с центральным впуском – 40%.

В вертикальном отстойнике с нисходяще-восходящим потоком сточная вода поступает  в центральную часть отстойника и через зубчатый водослив распределяется по площади зоны осветления, где происходит нисходящее движение потока воды. Основная масса взвешенных веществ успевает выпасть до поступления воды в кольцевую зону, где происходит доосветление воды и сбор ее периферийным лотком.[4]Вертикальные отстойники являются сооружениями большой глубины (до 9 м), поэтому, если уровень грунтовых вод расположен высоко, эти конструкции не применяются.

1 – подающий трубопровод; 2 – кольцевая перегородка; 3 – зубчатый водослив; 4 – осадочная часть;5 – периферийный сборный лоток; 6 – удаление осадка.

Рисунок 1.5 – Вертикальный отстойник с нисходяще-восходящим потоком

Достоинствами вертикального  отстойника являются простота их конструкции  и удобство в эксплуатации, небольшая  площадь, простота удаления осадка.

Для очистки  сточных вод дрожжевого завода широко применяются анаэробно-аэробная биологическая  очистка. Процесс  биологической  очистки в любом конструктивном оформлении зависит от двух факторов: благоприятных условий  жизнедеятельности  прикрепленного и свободноплавающего биоценоза.

Так как сточные  воды дрожжевого завода являются высококонцентрированными (БПК = 6466г О₂/м³), то единственным способом очистки сточных вод является анаэробное брожение, которое можно использовать в качестве первой ступени биологической очистки, с последующей очисткой и доочисткой сточных вод в аэробных условиях.

Первичная анаэробная обработка является чрезвычайно подходящей и экономичной для современных концентрированных сточных вод. Более того, для стоков, ХПК которых превышает 2000 мг/л, анаэробная обработка является единственно приемлемым методом очистки, позволяющим удалить до 90 % загрязнений. Последующая аэробная очистка нужна для окисления остатка органических веществ, аммония и сульфида. Так как анаэробное микробное сообщество развивается очень медленно, необходимо максимальное удержание активной биомассы в реакторе. Этому способствует использование реакторов нового поколения с прикрепленной микробной биомассой – анаэробных биофильтров и взвешенного слоя активного ила.[12]

В данном курсовом проекте для анаэробной очистки  сточных вод используем гибридный  биореактор (рисунок 1.6), который объединяет преимущества анаэробного биофильтра и взвешенного слоя ила. В них жесткая фиксированная загрузка расположена в верхней части реактора, что позволяет эффективно задерживать гранулы из взвешенного слоя. Важными факторами образования гранул являются морфология и физиология микроорганизмов метаногенного сообщества и гидродинамический режим реактора. Основу структуры метаногенных гранул составляют археи родов Меtanosarcina и Меtanosaeta (Меtanotrix). Реакторы для интенсивной анаэробной очистки, получили в последние 20 лет широчайшее распространение и используются для очистки самых разнообразных стоков.

1 – распределительная система; 2 – поддерживающая решетка; 3 – слой загрузочного материала.

А – исходная сточная вода; Б – биогаз; В  – очищенная сточная вода.

Рисунок 1.6 –  Гибридный биореактор

Образующийся в реакторах биогаз используют для обогрева реакторов или подаваемой на очистку воды, так как процесс очистки проходит в большинстве случаев в мезофильном режиме при 30 °С. В последнее время уделяется большое внимание анаэробной обработке при пониженных температурах: (10-20 °С).[12]

После анаэробной очистки  сточных вод завода необходима аэробная доочистка.

Процесс биологической очистки  загрязняющих веществ в аэротенках происходит при непосредственном контакте сточных вод с оптимальным  количеством организмов активного  ила в присутствии соответствующего количества растворенного кислорода (в течение необходимого периода времени) с последующим отделением активного ила от очищенной воды во вторичных отстойниках. Обычно аэротенк – это резервуар прямоугольного сечения, по которому протекают сточные воды, смешанные с активным илом. Воздух, вводимый с помощью пневматических или механических устройств, перемешивает обрабатываемую жидкость с активным илом и насыщает ее кислородом, необходимым для жизнедеятельности бактерий, простейших и многоклеточных животных. Концентрация взвешенных веществ в аэротенках не должна превышать 150 мг/л. Одноступенчатые аэротенки без регенерации применяют при БПК_полн не более 150 мг/л, двухступенчатые аэротенки применяют при очистке высококонцентрированных сточных вод.[2] Для достижения необходимого уровня БПК_полн очищенных сточных вод (15 мг/л), характерного для полной биологической очистки целесообразно использовать двухступенчатую схему очистки.

Конструкции применяемых  аэротенков подразделяются по способу  подачи сточных вод и их потоку на три основных типа: вытеснители с «поршневым» потоком сточных вод, смесители с рассредоточенной или центральной  подачей и выпуском сточных вод и аэротенки промежуточного типа.

Поскольку показатель БПК  сточных вод, поступающих на аэротенк, составляет 814,72 г О₂/м³, то есть сточные воды являются высококонцентрированными, то предпочтительно в первой ступени биологической очистки использоватьаэротенк-смеситель с регенератором.

Аэротенк-смеситель (рисунок 1.7) характеризуется равномерной подачей по длине сооружения исходной воды и активного ила и равномерным отводом иловой смеси.В аэротенках-смесителях обеспечивается полное и быстрое смешение сточных вод с массой активного ила, в установившемся режиме они работают с равномерными скоростями процесса очистки.[2]Аэротенк-смеситель позволяет также сглаживать залповые нагрузки на активный ил.

1 – регенератор; 2 –аэротенки; 3 – распределительные каналы активного ила; 4 – распределительные каналы отстоенной воды; 5 – сборные лотки очищенной воды

Рисунок 1.7 – Схема  аэротенка-смесителя

Регенератор – это  аэрационное сооружение, в котором  активный ил аэрируется без сточной  воды. Таким образом,реализуется  раздельное протекание двух этапов биологической  очистки: поглощение загрязнений активным илом из сточной воды, которое происходит непосредственно в аэротенке, и окисление этих загрязнений, которое протекает в регенераторе.[14]

После аэротенка-смесителя  и вторичного отстойника I ступени выходит сточная вода с БПК = 207,76 г О₂/м³, что не соответствует полной биологической очистке сточных вод, поэтому далее устанавливаем II ступень аэробной биологической очистки – аэротенк-вытеснитель с регенерацией, который целесообразно применить при данной степени загрязнения.

Аэротенк-вытеснитель – это сооружение для биологической очистки мало-концентрированных сточных вод при сравнительно равномерном их поступлении (например, на крупных и средних очистных сооружениях городов). Исходная вода и циркуляционный ил сосредоточенно впускаются в начало аэротенка-вытеснителя, при этом по мере продвижения воды и ила к концу аэротенк-вытеснительконцентрация загрязнений в воде вследствие их окисления убывает. Повышенная концентрация загрязнений на начальном участке обусловливает более высокие скорости их окисления и увеличение пропускной способности сооружения в целом. Иловая смесь выпускается в конце аэротенка-вытеснителя. Изменение состава сточной воды в результате окисления загрязнений по ходу процесса по длине А.-в. затрудняет адаптацию микроорганизмов активного ила, вследствие чего снижается их биохимическая активность. Этот недостаток может быть компенсирован закреплением ила на насадках, размещенных в аэротенках-вытеснителях; в этом случае обеспечивается пребывание микроорганизмов в стационарных условиях и улучшается их адаптация. В реальных сооружениях режим вытеснения иловой смеси существенно нарушается воздействием продольного турбулентного перемешивания, возникающего вследствие аэрации. Для предотвращения такого режима аэротенк-вытеснитель оборудуют четырьмя-шестью поперечными перегородками с отверстиями для перепуска иловой смеси. При повышенных концентрациях загрязнений (БПК 150 мг/л) аэротенк-вытеснитель работает регенераторами. В многоступенчатых схемах очистки сточных вод аэротенк-вытеснительприменяют на последних ступенях, что обеспечивает высокую эффективность очистки.

Аэротенки-вытеснители (рисунок 1.8)представляет собой длинный канал, состоящий из одного-четырех коридоров. Исходная сточная вода и возвратный ил вводятся в начало аэротенка-вытеснителя, а иловая смесь отводится в конце его.Это сооружение, в котором обеспечивается полное вытеснение находящейся в нем жидкости, поступающей без продольного смешения. Исходная вода и циркуляционный ил сосредоточенно впускаются в начало аэротенка-вытеснителя, при этом по мере продвижения воды и ила к концуконцентрация загрязнений в воде вследствие их окисления убывает. Повышенная концентрация загрязнений на начальном участке обусловливает более высокие скорости их окисления и увеличение пропускной способности сооружения в целом. При повышенных концентрациях загрязнений аэротенк-вытеснитель работает с регенератором. В многоступенчатых схемах очистки сточных вод аэротенк-вытеснительприменяют на последних ступенях, что обеспечивает высокую эффективность очистки.[15]Аэротенк-вытеснитель обладает рядом преимуществ: повышенная концентрация загрязнений в начале сооружения обеспечивает увеличения скорости их окисления, что сокращает общий период аэрации; небольшой объем и простота конструкций; большая глубина очистки.

1 – канал циркуляционного  активного ила; 2 – циркуляционный активный ил; 3 – сток от первичных отстойников; 4 – аэротенк; 5 – регенератор; 6 – соединительный канал; 7 – иловая смесь во вторичные отстойники; 8 – очищенная вода; 9 – сырая вода; 10 – канал биологически очищенных сточных вод; 11 – нижний канал сырой воды; 12 – верхний канал сырой воды.

Рисунок 1.8 – Схема аэротенка-вытеснителя

Аэрирование иловой смеси  в аэротенках может осуществляться с помощью механических и пневмомеханических аэраторов. Принцип действия механических аэраторов основан на вовлечении воздуха непосредственно из атмосферы и равномерном распределении его путем перемешивания во всем объеме жидкости.[2]

Разделение иловой смеси, уплотнение активного ила и осветление воды обеспечивают вторичные отстойники Iи II ступени.Эффективность работы вторичных отстойников определяется во многом седиментационными свойствами ила. Процесс осаждения иловой массы включает ряд последовательных этапов. На первом происходит интенсивное образование хлопьев по всей глубине слоя жидкости, затем происходит осаждение хлопьев ила и осветление в верхнем слое жидкости, а на последнем этапе наблюдается уплотнение в нижнем слое отстойника иловой массы и четкое отделение ее  границы от осветленной воды. 

Вторичные отстойники бывают, также как и первичные, вертикальные, горизонтальные, радиальные.Для очистных станций пропускной способности до 10000 м³/сут применяются вертикальные вторичные отстойники, для очистных станций средней и большой пропускной способности (более 10000 м³/сут) – горизонтальные и радиальные. Так как пропускная способность проектируемых в курсовом проекте очистных сооруженийневелика, то целесообразно использование вертикальных вторичных отстойников. Их достоинствами является удобство удаления их них осевшего ила под гидростатическим давлением, компактность расположения, простота конструкции ввиду отсутствия движущихся частей, возможность использования взвешенного слоя активного ила. Однако они имеют и недостатки, одним из которых является большая глубина, что повышает стоимость их строительства, особенно при высоком уровне стояния грунтовых вод. Недостаточный уклон стенок бункера приводит к залеживанию осевшего активного ила и развитию в нем анаэробных процессов.[13]

В курсовом проекте в процессах  механической и биологической очистки  сточных вод на очистных сооружениях образуются различного вида осадки, содержащие органические и минеральные компоненты. В зависимости от условий формирования и особенностей отделения различают первичные (грубодисперсные примеси, которые находятся в твердой фазе) и вторичные (примеси первоначально находящиеся в воде в виде коллоидов, молекул и ионов, но в процессе очистки были переведены в твердую фазу) осадки.