Сооружения биологической очистки сточных вод. Биофильтры

Биофильтры. Представляют собой прямоугольные или круглые в плане сооружения со сплошными стенками и двойным дном: верхним в виде колосниковой решетки, и нижним сплошным. Колосниковая решетка или дырчатое днище, дренаж биофильтров устраивается из железобетонных плит. Общая площадь отверстий дренажа принимается не менее 5—8% площади поверхности фильтра.

Фильтрующим материалом служит щебень, галька горных пород, керамзит, шлак. Загрузка фильтрующего слоя по всей его высоте должна производиться материалом одинаковой крупности (табл.61).

Таблица 61. Крупность зерен загрузочного материала для биофильтра (СНиП II-Г. 6—62)

Мелочи в загрузочном материале должно быть не более 5%. Нижний поддерживающий слой во всех типах биофильтров должен применяться с размерами 60—100 мм.

Орошение биофильтров сточными водами производится через небольшие равномерные промежутки времени. Распределение сточных вод может быть капельным, струйным или в виде тонкого слоя.

Кислород, обеспечивающий жизнедеятельность бактерий, поступает в тело фильтра естественной или искусственной вентиляцией. Количество кислорода, получаемое с 1 м3 фильтрующего материала в сутки для снижения БПК сточных вод, называется окислительной мощностью. Она зависит от температуры сточных вод, наружного воздуха, характера загрязнений (табл. 62).

Таблица 62. Окислительная мощность, г, кислорода в сутки на 1 м3 загрузочного материала биофильтров (СНиП II-Г. 6—62)

Примечания: 1. Указанные в табл. 62 величины окислительной мощности определены для сточных вод со среднезимней температурой +10°. При другой среднезимнеи температуре сточных вод значения окислительной мощности следует увеличивать илн уменьшать пропорционально отношению фактической температуры к 10°С

2. При значении часового коэффициента неравномерности притока более 2, объем фильтрующего материала следует увеличить пропорционально отношению фактического коэффициента неравномерности К=2.

При среднегодовой температуре наружного воздуха ниже + 10°С и коэффициенте рециркуляции сточных вод более 4, а также при среднегодовой температуре воздуха до +3°С биофильтры любой производительности, и при среднегодовой температуре от +3 до +6°C биофильтры с производительностью до 500 м3 в сутки необходимо размещать в отапливаемых помещениях с расчетной температурой внутреннего воздуха на +20С выше температуры сточных вод и пятикратным воздухообменом в час. При производительности более 500 м3/сутки и среднегодовой температуре воздуха от +3 до +6°C биофильтры можно размещать в неотапливаемых помещениях облегченной конструкции.

При поступлении сточных вод с перерывами в течение суток строительство биофильтров в неотапливаемых помещениях или открытого типа должно обосновываться теплотехническим расчетом. При этом необходимо принимать во внимание опыт эксплуатации очистных сооружений, находящихся в данном районе или в других районах с аналогичными условиями.

Окислительную мощность биофильтра ОМ можно определить по формулам:

при работе с рециркуляцией

, (135)

без рециркуляции

, (136)

где LCM — БПК5 смеси поступающих сточных вод, мг/л;

Ld — БПКб поступающих на очистку сточных вод, мг/л;

Lt — БПК5 очищенных сточных вод, мг/л;

QcyT — суточный расход сточных вод, м3/сутки;

F — площадь фильтра, м2;

Н — высота загрузки фильтра, м;

q — расход сточных вод, л/сек;

n — коэффициент рециркуляции, определяемый по формуле (133).

При расчете биофильтров для промышленных сточных вод предприятий пищевой промышленности можно рекомендовать коэффициент скорости биохимического окисления Кс.б, указывающий на интенсивность прироста биологической пленки, определяемый по формуле

Кс.б = 21/a, (137)

где а — разность, проц., между ХПК и БПК20 сточных вод.

Низкие значения коэффициента указывают на нецелесообразность биохимических способов очистки сточных вод. Обратная величина коэффициента скорости биохимического окисления характеризует скорость прироста биологической пленки.

Коэффициент скорости биохимического окисления смеси сточных вод с различным размером загрязнений определяется по формуле

, (138)

где Q1, Q2...Qn — расходы различных по концентрации сточных вод;

а1, а2,...an — соответствующие разности, проц., между ХПК и БПК20.

Чем меньше коэффициент, тем больше интенсивность фактора прироста биологической пленки, поэтому коэффициент оказывает влияние на выбор фильтрующего материала (табл. 63).

Таблица 63. Зависимость вида загрузочного материала от коэффициента скорости биохимического окисления

Биофильтры подразделяются на капельные, высоконагружаемые, аэрофильтры, башенные.

Отличительной особенностью капельных биофильтров является небольшой диаметр фракций загрузочного материала (30— 50 мм) и высота загрузки (2 м), при этом нижний поддерживающий слой высотой 0,2 м принимается размером 60—100 мм, а также низкая нагрузка по сточной воде от 0,5 до 1,0 мг на 1 мг загрузки фильтра.

Высоконагружаемые биофильтры отличаются от капельных значительно большей гидравлической нагрузкой. Для капельных биофильтров нагрузка на 1 м2 поверхности в сутки составляет 1—2 м3 сточных вод, для высоконагружаемых — 10—30 м3 на 1 м2 поверхности в сутки, т. е. в 10—30 раз больше.

Более высокая окислительная мощность высоконагружаемых биофильтров обусловливается незаиляемостыо, лучшим обменом воздуха, что достигается благодаря более крупному загрузочному материалу и повышенной нагрузкой по воде. Значительные скорости прохода воды через загрузочный материал обеспечивают постоянный вынос трудноокисляемых примесей и отмирающей биопленки. Крупность частиц загрузки принимается размером 40—60 мм, что обеспечивает большой объем пор.

Конструктивные и эксплуатационные особенности высоконагружаемых биофильтров и их отличие от капельных следующие:

1. высота слоя фильтрующей загрузки доходит до 4 м. Количество загрязнений, вносимых на 1 м2 площади фильтра в сутки, зависит от высоты фильтра. При высоте его 4 м окислительная мощность составляет 2400 г 02/м2, 3м — 2200, 2,5 м — 2000, 1 м— 1800 г 02/м2;
2. крупность зерен доходит до 65 мм по всей высоте загрузки;
3. искусственная вентиляция фильтра обеспечивается особой конструкцией днища и дренажа (ограждение глухими стенами с гидрозатвором) ;
4. интервалы в орошении фильтра сточной водой должны быть сокращены до минимума. Нагрузка по воде должна быть повышенной и постоянной;
5. направление концентрированных сточных вод на фильтры недопустимо, поэтому для поддержания повышенной нагрузки по воде необходимо их разбавление условно чистыми или очищаемыми водами при помощи рециркуляции;
6. высоконагружаемые биофильтры могут работать на заданную степень очистки сточных вод;
7. применяются как для полной, так и для частичной очистки сточных вод.

Высоконагружаемые биофильтры могут быть одно- (рис. 19) и двухступенчатые.

Рис. 19. Схема одноступенчатых высоконагружаемых биофильтров: П.О. — первичный отстойник; Н.С. — насосная станция; Б — биофильтр; В.О. — вторичный отстойник, К.Б, — коигакгиый бассейн; 1,2 — возможные варианты рециркуляции очищенной жидкости, 3 — удаление избыточной биопленки; 4 — хтораторная; 5 — очищенные и обеззараженные сточные воды иа выпуск.

Применение двухступенчатых высоконагружаемых биофильтров рекомендуется при благоприятном рельефе местности и при необходимости более глубокой очистки сточных вод. Разновидностью высоконагружаемых биофильтров могут быть сооружения перемежающейся фильтрации (рис. 20).

Рис. 20. Схема двухступенчатых высоконагружаемых биофильтров с перемежающейся фильтрацией: ПО — первичный отстойник, K1, К2 — камеры переключения, ИС — насосная станция, Б — биофильтры, ВО — вторичные отстойники, КБ контактный бассейн, 1 — удаление избыточной бнопленки, 2 — хлораторная, 3 — очищенные сточные воды на выпуск

Разновидностью высоконагружаемых биофильтров являются аэрофильтры. Особенность фильтров этого типа.— большая высота (3—4 м) и принудительная вентиляция, которая может осуществляться вентиляторами низкого давления.

Материал загрузки тела аэрофильтра должен быть по возможности гладким. Аэрофильтры устраиваются двух- и трехслойные. Нижний слой рекомендуется устраивать толщиной 0,2 м из кусков загрузочного материала размером 50—70 мм, а верхний — размером 30—40 мм (рис. 21).

Рис. 21. Схема аэрофильтра: 1 — загрузка, 2 — реактивный водораспределитель, 3 — гидрозатвор

Устойчивой работы и высокого эффекта очистки на аэрофильтрах можно достичь, если сточные воды, направляемые на очистку, будут иметь БПК не более 150 мг/л. Расчет аэрофильтров можно проводить по их окислительной мощности (табл. 64).

Таблица 64. Окислительная мощность, г, кислорода на 1 м3 загрузки аэрофильтра (СНиП II-Г. 6—62)

Данные табл. 64 определены для сточных вод со среднезимней температурой +10°C. При температуре сточных вод более или менее +10оС окислительную мощность аэрофильтра необходимо увеличивать или уменьшать соответственно пропорционально отношению фактической температуры к+10°С.

Сравнение биологических очистных систем

Каждый, кто хотя бы раз сталкивался с проблемой очистки канализационных, промышленных и бытовых стоков, знаком с понятиями "биофильтр" и "аэротенк". Эти сооружения, применяемые в рамках биологических процессов очистки воды, в последние годы обрели довольно высокую популярность. Их активно применяют в частном жилом строительстве, обеспечивая автономную очистку сточных вод.

На чём основывается биологическая методика очистки сточных вод? В её основе лежит использование особого рода микроорганизмов, способных перерабатывать растворенные в воде вещества органического и неорганического происхождения в рамках процессов собственного жизнеобеспечения. В частности, эти микроорганизмы способны разрушать органические соединения (нитриты, сульфиты, сероводород), разлагая их на составные элементы - воду, ионы, двуокись углерода и пр. Не подлежащие разложению на составные компоненты вещества становятся частью биомассы. А сам процесс разрушения веществ органического происхожденияименуют биохимическим окислением. Именно способностью к окислению и определяется возможность биохимического разрушения тех или иных веществ.

Биофильтр или аэротенк - оба эти варианта сооружений биологической очистки служат одной цели - очистке сточных вод до безопасного для окружающей среды состояния, до норм ПДК.

1. Биофильтр

Биофильтр представляет собой очистные сооружения , заполненные фильтрующими элементами и снабженные определённым запасом микроорганизмов, образующих на поверхности особую пленку. Фактически, именно жизнедеятельность присутствующей в составе этого сооружения биомассы и определяет эффективность процессов очистки сточных вод.

Все биофильтры делятся на категории , согласно:

• заявленному количеству степеней очистки выделяют одно- и двухступенчатные варианты;
• по принципу обеспечения доступа воздуха - принудительного (искусственно вентилируемые) и с естественной вентиляцией;
• степени очистки (с полной или частичной загрузкой);
• типу загрузочного материала/наполнителя - с зернистым заполнением (используют керамзит, щебень, шлак, гальку, либо плоскостным - заполненным сетками, пластиковыми листами, металлическими листовыми материалами, сборными металлическими блоками (ячеистыми или решетчатыми), обрезками труб, засыпными элементами из пластика, керамики, металлов.

Все биофильтры с объёмной загрузкой можно разделить на:

• капельные - мелкофракционные, с высотой засыпки в 1-2 м и размером элементов не более 30 мм;
• высоконагрузочные - аэрационные, обладающие более интенсивным воздействием, оснащаемые принудительной системой вентиляции (размер фракций в этом случае достигает 60 мм, а высота загрузки - 4 м);
• башенные - глубинные сооружения, высота загрузки в которых достигает 18 м при размерах фракций до 80 мм.

Помимо этого, существует категория погружных биофильтров, позволяющих обеспечить локальную фильтрацию стоков по месту требования. Они представляют собой барабанные или винтовые конструкции с покрытием из биопленки, обеспечивающей необходимый уровень содержания микроорганизмов в ходе очистки.

2. Аэротенк

Представляет собой аэрируемые очистные сооружения из стеклопластика или железобетона, процесс очистки стоков в которых производится за счёт смешивания активных иловых биомасс с аэрированными (насыщенными кислородом) сточными водами.

Аэротенки могут обеспечивать различный уровень очистки воды - от частичного (с удалением элементов, вызывающих загнивание и очищением до уровня разложения стоков на воду, нитраты и другие компоненты) до полного, обеспечивающего глубокую биологическую очистку воды .

Аэротенки оснащаются различными аэрационными приспособлениями - пневматическими, механическим, смешанными, обеспечивающими насыщение сточных масс кислородом, необходимым для эффективной их очистки.

Аэротенк может вводить стоки по принципу проточного или полупроточного поступления, контактным путём или на основании переменной рабочей подачи.

Существуют варианты с разным количеством ступеней очистки - обычно не более двух.

Помимо этого, они могут иметь различную нагрузку на активную биомассу и подразделяются на подвиды согласно выбранному гидродинамическому режиму :

• вытесняющие,
• смесительные,
• с рассредоточенным выпуском.

Что выбрать?

Биофильтры и аэротенки - идеальное решение для почв, в составе которых преобладает глина, либо на участках с высоким уровнем грунтовых вод. Фактически, это высокотехнологичные разработки, ориентированные на максимально глубокую очистку стоков - в пределах 60 - 98% .

Если говорить о сравнении биофильтра или аэротенка, то всё зависит от того, каковы будут условия эксплуатации очистных сооружений. Если на участке нужна простая и энергонезависимая система очистки - стоит отдать предпочтение биофильтрам. Если же основной упор делается на качество - стоит выбрать аэротенк, способный обеспечить наиболее высокий уровень очистки стоков, но требующий постоянного доступа к электропитанию и требующий поддержания определённого уровня влажности в системе.

Argel

Процесс изъятия и окисления органических загрязнений сточных вод в биологических фильтрах принципиально не отличается от аналогичных процессов, протекающих при очистке сточных вод в других сооружениях биологической очистки, однако ход процесса в биологических фильтрах во многом зависит от конструктивных особенностей этих сооружений. В частности, конструкцией биологического фильтра обусловлена специфика гидродинамических условий в нем, а следовательно, характер и скорость подвода органических веществ и кислорода воздуха к клеткам микроорганизмов биологической пленки, отвода от них продуктов биохимических реакций, что в свою очередь влияет на скорость процесса очистки сточных вод и эффективность работы сооружений.

Очистка осуществляется при контакте протекающей сточной воды через загрузку с неподвижно закрепленной на ее поверхности биологической пленкой. Ход массообменных процессов, происходящих в элементарном объеме биологаческого фильтра, схематично представлен на рис. 2.1 а. Перенос загрязнений определяется законами молекулярной и турбулентной диффузии вещества. При молекулярной диффузии массообмен происходит как за счет разности концентраций веществ на границе раздела фаз жидкость - воздух (максимальная концентрация загрязнений) и жидкость - биопленка (минимальная концентрация). Турбулентная диффузия происходит вследствие перемешивания жидкости при ее протоке через загрузку биологического фильтра. При этом скорость турбулентной диффузии может намного превышать скорость молекулярной диффузии.

t/почнал Soda

Эаеряонени*

воздух

Ppo?f/ктм реакций -

Лоробос

I HjP?/точмая I сТиоплснка

Оресничес/fue бещестба биогенные j/гсменты MP da, Mg, б и dp.

Рислород

А в I P I » I *u

биологическая

пленка

C0 Zl H;0, H0 2j Wj

Энергия

Прирост биомассы

Энергетические WMC

Нонструктиш обмен

Рис. 2.1. Схемы массообменных процессов, протекающих при очистке сточных вод на биологических фильтрах (а), и окислительных процессов , происходящих в биопленке (б)

Кислород воздуха, необходимый для протекания биологического процесса, поступает к биопленке из порового пространства загрузки биологического фильтра. Перенос и фиксирование (сорбция) органических веществ на поверхности клетки или в околоклеточном пространстве сопровождаются гидролизом сложных соединений под действием различных ферментов, а также в результате диффузии веществ через проницаемую мембрану клетки.

В ходе внутриклеточных процессов происходит окисление органических веществ (энергетический обмен) и синтез нового материала клетки (конструктивный обмен). Процесс окисления сопровождается выделением энергии, процесс синтеза идет с ее потреблением (рис. 2.16).

Продукты распада органических загрязнений выносятся из биогшенки в слой жидкости и отводятся с потоком жидкости (растворенные вещества) и с потоком воздуха (газообразные). Одновременно потоком жидкости вымывается избыточная (прирастающая) биопленка, которая выносится из биологического фильтра вместе с очищенной водой. Для отделения избыточной биопленки очищенные сточные воды после биологических фильтров отстаивают во вторичных отстойниках.

Характер протекания процесса очистки сточных вод на биологическом фильтре показан на рис. 2.2. Как видно из рисунка, концентрация органических загрязнений Ь н сначала быстро снижается при продолжительности процесса от г 0 До что свидетельствует о высоких скоростях изъятия загрязнений на этом участке. Одновременно резко увеличивается количество биопленки (кривая 2) по сравнению с начальным С н, причем скорость роста микроорганизмов биоиленки по мере уменьшения концентрации загрязнений в жидкости постепенно снижается. К моменту времени /1 количество биопленки становится стабильным, так как недостаток питания тормозит дальнейший рост клеток.

Рис. 2.2.

1 - концентрация органических загрязнений; 2 - общая масса биогшенки, закретенной на загрузке и циркулирующей; 3 -масса биопленки, закрепленной на загрузке биологического фильтра; 4 - концентрация нитритов и нитратов; 5 - зольность биомассы

Прирост биомассы в этот момент времени максимальный. При дальнейшем увеличении продолжительности процесса очистки сточных вод в биологическом фильтре концентрация органических загрязнений продолжает снижаться (кривая /), но скорость на участках б - / 2 и / 2 - Ь значительно ниже, чем в начале процесса. Ввиду низкой остаточной концентрации загрязнений в жидкости, отсутствия достаточного питания для жизнедеятельности микроорганизмов биопленки на этих участках начинается процесс отмирания (самоокисления) биомассы. Часть биопленки смывается с за1рузки биологического фильтра и поступает в очищаемую жидкость. Вследствие распада биомассы ее общее количество уменьшается (кривая 2), также уменьшается количество биопленки, закрепленной на загрузке (кривая 3), зольность биомассы повышается (кривая 5).

Участок I (см. рис. 2.2) при продолжительности процесса очистки сточных вод от /] до? 2 характеризует режим работы биологических фильтров при неполной биологической очистке. При работе в этом режиме концентрация загрязнений по ВПК снижается до 100...30 мг/л, наблюдается большой прирост биомассы, процесс идет без нитрификации.

При продолжительности процесса очистки от до Ь (участок II) биологические фильтры работают в режиме полной биологической очистки; ВПК жидкости снижается до Ь 0 - = 15...25 мг/л, в очищенной жидкости появляются нитриты и нитраты (кривая 4). Количество биомассы как закрепленной на загрузке биологического фильтра, так и выносимой с очищенной жидкостью, снижается вследствие процессов самоокисления.

Увеличение продолжительности процесса от и до / 4 сопровождается дальнейшим распадом и следовательно, уменьшением количества биомассы в биологическом фильтре (кривые 2 и 3), зольность ее повышается. Этот участок III характеризует режим стабилизации биомассы , аналогичный режиму продолженной аэрации при очистке сточных вод с активным илом. При работе биологических фильтров в этом режиме можно получить наименьший прирост биопленки, высокую степень минерализации выносимой из биологического фильтра избыточной биопленки, что позволяет облегчить дальнейшую ее обработку. Стабилизированная избыточная биомасса, выносимая из биологических фильтров, работающих в этом режиме, не требует дополнительного сбраживания и может быть сразу направлена на иловые площадки для подсушивания.

Концентрация загрязнений сточных вод на участке III не только не снижается по сравнению с концентрацией загрязнений на участке II, но и может даже несколько увеличиваться (кривая 1 ) за счет вторичного загрязнения очищенной жидкости продуктами распада биомассы. В конце участка III при продолжительности процесса Ц в биологическом фильтре развиваются микроорганизмы, адаптированные к остаточным трудноокисляемым загрязнениям сточных вод, что обусловливает дальнейшее снижение концентрации загрязнений.

Участок IV характеризует работу биологических фильтров в режиме доочистки сточных вод до величины остаточных загрязнений по ВПК Ь й = 15...5 мг/л. В этом режиме прирост биомассы крайне незначительный, зольность избыточной биомассы высокая, процесс нитрификации протекает интенсивно.

Рассмотренный ход процесса очистки сточных вод на биологических фильтрах на контакте иллюстрирует возможность работы этих сооружений в различных режимах, а их режим работы, принятый на основании местных условий и требуемого качества очищенных сточных вод, обусловливает выбор конструкции этих сооружений, технологических параметров их работы, схемы всей очистной станции.

Основные технологические параметры, определяющие режим работы биологических фильтров: нагрузка по органическим загрязнениям, окислительная мощность, гидравлическая нагрузка, средняя продолжительность протока сточных вод, коэффициент рециркуляции, расход подаваемого воздуха.

измеряется количеством органических загрязнений, подаваемых вместе со сточными водами на биологический фильтр в единицу времени, и является основным показателем, определяющим режим и условия биологического процесса (см. рис. 2.2). Обычно пользуются удельной нагрузкой по БПК полн, отнесенной к 1 м 3 объема биологического фильтра: N - Ь еп QJW, где N - удельная

нагрузка по БПК П0Л11 , г/сут-м 3 ; Ь еп - БПК полн исходных сточных вод, г/м 3 ; 0^, - расход сточных вод, м 3 /сут; ]Г- объем биологического фильтра, м 3 .

Для сравнения режимов работы биологических фильтров удельную нагрузку правильнее определять на единицу площади поверхности биопленки или площади поверхности фракций загрузки: Ы = Ь е „ 0,^ а, где - удельная нагрузка, г/сут-м 2 ; /в - площадь поверхности загрузки, м 2 .

Окислительную мощность, или производительность биологического фильтра по количеству изъятых органических загрязнений в процессе очистки сточных вод, выражают в граммах БПК полн на 1 м 3 загрузки в сутки: ОМ = (Ь еп ~ ()*/№, где ОМ - окислительная мощность, г/сут-м 3 ; А^-БПКполн очищенных сточных вод, г/м 3 .

- количество сточных вод, поступающих на биологический фильтр, отнесенное к 1 м 2 площади сооружения в плане: ц - ()„/Г, где q - гидравлическая нагрузка, м 3 /м 5 -сут; площадь биологического фильтра, м 2 .

Средняя продолжительность протока сточных вод через биологический фильтр Г со зависит от гидравлической нагрузки, высоты биологического фильтра, способа подачи сточных вод на поверхность загрузки, типа загрузки и распределения в ней биопленки. Величина г ср является показателем продолжительности процесса очистки сточных вод в биологическом фильтре. При повышении гидравлической нагрузки увеличивается скорость движения жидкости через биологический фильтр и уменьшается продолжительность протока; с увеличением высоты биологического фильтра увеличивается продолжительность пребывания сточных вод в загрузке. Загрузка, а также закрепленная на ней биопленка, оказывая сопротивление движению протекающей жидкости, тем самым определяют путь, по которому движется поток жидкости, а следовательно, влияют на продолжительность протока.

Коэффициент рециркуляции - отношение расхода рециркулируемой очищенной жидкости к общему расходу исходных сточных вод, поступающих на биологический фильтр, п = (2и-

Рециркуляция, т.е. повторный пропуск части очищенной ЖИДкости через биологический фильтр, позволяет увеличить продолжительность процесса очистки, снизить начальную концентрацию загрязнений исходных сточных вод и повысить гидравлическую нагрузку, обеспечивающую промывку загрузки сооружения в процессе его работы. Коэффициент рециркуляции принимают в зависимости от предельно допустимой концентрации загрязнений по БПК полн смеси исходных и рециркулируемых сточных вод, которую можно направить на биологический фильтр без опасений заиливания пор загрузки в результате прироста биопленки. Коэффициент рециркуляции определяют по формуле п = (L en - L mix)/ (L mix - L ex ), где L mix -БПК п0ЛН смеси исходных и рециркулируемых сточных вод, г/м 3 .

Количество кислорода, требуемое для окисления органических загрязнений сточных вод микроорганизмами биопленки, должно обеспечиваться подачей в тело биологического фильтра соответствующего количества воздуха. Недостаток кислорода замедляет скорость биологического процесса. Однако влияние количества подаваемого воздуха на скорость процесса очистки сказывается только до тех пор, пока процесс не будет полностью обеспечен требуемым количеством кислорода. Если достаточный воздухообмен в поровом пространстве загрузки биологических фильтров не обеспечивается естественной вентиляцией, то предусматривают принудительную подачу воздуха.

Наиболее важным конструктивным элементом биологического фильтра является загрузка. Тип и характеристика загрузки существенно влияют на протекание процесса очистки сточных вод. Загрузка биофильтра характеризуется следующими основными параметрами: высотой слоя, удельной площадью поверхности, пористостью и плотностью загрузки. Высота слоя загрузки, или рабочая высота биологического фильтра, определяет наравне с другими параметрами продолжительность пребывания сточных вод в биологическом фильтре.

От удельной площади поверхности загрузки зависит и общая площадь поверхности закрепленной на ней биопленки, а следовательно, и площадь, через которую осуществляется перенос органических загрязнений из жидкости, обтекающей загрузку, к бактериальным клеткам. Как правило, процесс массо-переноса является фактором, лимитирующим скорость изъятия загрязнений, и потому от площади поверхности загрузки в значительной мере зависит окислительная мощность биологического фильтра.

Следует отметить, что для процесса очистки сточных вод важным является площадь поверхности биопленки, а не общее количество биомассы в загрузке. При накоплении биомассы увеличивается толщина биопленки, а активно работающим остается по-прежнему только наружный аэробный слой. Внутри, у поверхности загрузки, образуется анаэробная зона (рис. 2.1а), которая почти не участвует в процессе изъятия и окисления загрязнений. Увеличение количества биомассы уменьшает объем порового пространства загрузки, затрудняет воздухообмен в биологическом филыре, а также снабжение микроорганизмов кислородом воздуха. Пористость загрузки биологических фильтров должна быть такой, чтобы при установившемся режиме работы сооружения (когда количество биопленки в загрузке остается постоянным и ее прирост соответствует выносу) объехМ свободных пор был достаточен для снабжения биоплёнки кислородом воздуха.

Загрузку, применяемую для биологических фильтров, условно можно разделить на два вида: объемную и плоскостную. В качестве объемной загрузки используют щебень, гравий прочных горных пород, кокс, керамзит и другие материалы, характеризуемые определенной крупностью фракций, механической прочностью и стойкостью к разрушению . Такой материал имеет пористость 40...50 %, плотность 500... 1500 кг/м 3 , удельную поверхность в зависимости от размера фракций загрузки 30... 120 м 2 /м 3 .

В качестве плоскостной загрузки применяют листовой материал (пластмассу, асбестоцемент и др.), мягкие рулонные материалы (пластмассовую пленку, синтетические ткани), а также засыпные элементы (кольца, отрезки труб и др.). Загрузку из листовых материалов выполняют в виде различных блоков и кассет, которые укладывают в тело биологического фильтра, мягкие рулонные материалы закрепляют на каркасах или свободно подвешивают.

Пористость плоскостной загрузки из листовых материалов составляет 80...97 %, из рулонных материалов - 94...99, из засыпных элементов - 70...90 %. Удельная поверхность листовой и рулонной загрузки - 80... 130 м 2 /м 3 , засыпной - 70... 100 м 2 /м 3 , плотность листовой загрузки 40-100 кг/м 3 , рулонной - 5.. .60 кг/м 3 , засыпной- 100...600 кг/м 3 .

Применение плоскостной загрузки позволяет упростить конструкцию биологического фильтра, снизить строительные и монтажные расходы.

Что из себя представляет биофильтр? Это приспособление имеет ёмкость определённой формы, которая при использовании биоматериалов очищает сточные воды.

Что из себя представляет биофильтр? Это приспособление имеет ёмкость определённой формы, которая при использовании биоматериалов очищает сточные воды. Данные биоматериалы состоят из различных микроорганизмов. С помощью перепадов температуры атмосферы и очищаемой жидкости, в процессе очистительных работ осуществляется бесперебойная циркуляция воздуха. Это нужно для того, чтобы микроорганизмы в ёмкости получили кислород, который необходим им для жизни.

Разновидности биологических фильтров.

В биофильтрах существуют различные материалы, которые в них загружают. Можно выделить такие, как:

1. Фильтры, использующие объёмную нагрузку. В них может содержаться галька, щебень и так далее.
2. Технология плоской нагрузки. Производятся из крепких видов пластмассы, функционирующие в температурном спектре от 6 до 30 градусов.

По технологическим схемам разделяют:

• Биофильтры с двумя этапами очистки, производящие воду высокой степени очищенности. Их обычно используют при тяжёлых погодных условиях или ограниченности высоты прибора.
• Биологические фильтры с одним этапом.

По качеству очистки разделяют следующие виды:

• Полная очистка.
• Не полная очистка.

По типу передачи воздуха фильтры подразделяются на:

• С природной подачей.
• С искусственной циркуляцией воздуха.

Так же можно выделить 2 режима функционирования биофильтров:

• С рециркуляцией - сильно загрязнённая жидкость подаётся небольшими объёмами для более качественной очистки.
• Без рециркуляции - применяется, если вода загрязнена не очень сильно.

В зависимости от количества очищенной воды за промежуток времени выделяют:

• Капельные - с небольшой проходимостью воды.
• Высоконагружаемые - с возможностью очистки больших объёмов.

Биологические фильтры применяющие объёмную нагрузку подразделяются на:

• Капельные. Им свойственна небольшая производительность. Если размер слоя будет 2 метра, то их загрузка составит 2-3 сантиметра.
• Высоконагружаемые. При 4-ёх метровом слое их загрузка составит 4-6 сантиметра.
• Башенные фильтры производятся высотой в 16 метров и имеют зернистость 4-6 сантиметров.

Все вышеперечисленные разновидности биофильтров могут быть реализованы, смонтированы и запущены нашей компанией сайт.

Фильтры использующие плоскую загрузку.

Усиленная загрузка производится элементами труб, кольцами и похожими компонентами. В резервуар закладывают металлическую или пластмассовую крошку. Слой очистки может составлять до 6 метров.

Смягчённая нагрузка производится металлической сеткой, синтетикой или пластмассовой плёнкой. Нагрузку закладывают рулонным методом или прикрепляют на корпус. Высота нагрузки составит 8 метров, а пористость не менее 95 процентов.

Биологические фильтры для погружения - ёмкости с вогнутым дном. Металлические, пластмассовые или асбестовые диски прикрепляются выше уровня очищаемой жидкости. Эти диски прикрепляются на расстояние 1-2 сантиметра друг от друга.

Схема функционирования биофильтра.

Подача воды может быть двух типов: струйным и капельным. Воздушные массы собираются с поверхности. Очищенные до этого сточные воды с низким загрязнением сами протекают в распределительное отделение, которое частями выдаёт её поверх массы загрузки. После этого, водная масса течёт в систему дренажа, затем на лотки за границами биофильтра. С другого отстойника убирается биоплёнка.

Биологические фильтры капельного типа подразумевают работу с небольшой, органической загрузкой. Для того, чтобы фильтр своевременно очищался от мертвой плёнки, производится гидравлическая загрузка.

Биофильтры капельного типа не могут быть отрегулированы под переменчивость внешних факторов. При использовании смотрят на степень загрязнённости и состояние фильтров. Намного выгоднее производить полную смену загрузки, так как её очистка стоит очень дорого. В фильтр должны заливаться сточные воды с концентрацией взвешенных частиц не более 100 миллиграмм на литр.

Очень значимым фактором при использовании является аэризация биофильтра. Количество кислорода не должно быть ниже, чем 2 миллиграмма на литр. Время от времени важно производить очистку углубления под дренажем и над дном.

Биофильтр капельного типа очень тяжело реагирует на зимние холодные ветра. Для качественной эксплуатации фильтра устанавливают защиту от ветра. Разная нагрузка ведёт за собой заболачивание биофильтра, которую можно убрать сменой загрузки. Эксплуатации фильтра так же могут вредить посторонние вещества в загрузке и дозирующих ёмкостях.

Высоконагружаемые биологические фильтры

Данному виду биофильтров характерен увеличенный воздухообмен и, следственно, окислительная мощность. Производится увеличенный воздухообмен большой фракцией загрузки и увеличенной нагрузки воды.

Очищаемые водные массы передвигаются на высокой скорости и сносят трудно-окисляемые вещества и биоплёнку. На остальное загрязнение тратится кислород.

Фильтрам с высокой нагрузкой характерен высокий слой загрузки, увеличенная зернистость дренажа и дно специального типа для того, чтобы была произведена искусственная циркуляция воздушных масс.

Промывка данного типа биофильтра может осуществляться только при бесперебойной и постоянной подаче воды.

Чем выше высота загрузки, тем эффективнее биологический фильтр и наоборот.

Устройство и функционирование фильтров

К составу биофильтров могут относиться:

• Тело биофильтра - загрузка для фильтрации, которая находится в ёмкости, открытой для поступления в неё водных масс. Наполнители обязаны быть с невысокой плотностью и увеличенной площадью поверхности.
• Приспособление, которое распределяет воду. Оно обеспечивает планомерное орошение загрузки неочищенной водой.
• Дренаж.
• Приспособление, которое распределяет воздушные массы. Производит реакции окисления с помощью кислорода. Эти реакции в биологических фильтрах похожи на орошение земельных угодий, но в более высоком темпе.

Принцип работы биологического фильтра

Загрузка производит очистку воды от не растворившихся веществ, которые прошли через отстойники. Микроорганизмы в ней существуют с помощью окисления органики. Остальные органические вещества служат для повышения биологической массы. Производится 2 эффективных процесса: в воде убиваются ненужные органические вещества и повышается биоплёнка. Массы сточной воды заберут с собой мёртвую часть биоплёнки. Вентиляция подаёт кислород двумя способами: искусственным и естественным.

Расчёт фильтров

Биофильтры капельного типа

Расчёт нужен для того, чтобы найти эффективный размер загрузки и параметров устройства водораспределения, а так же размера лотка, для отвода жидкости. Размер загрузки вычисляется по мощности окисления - ОМ. Мощность окисления - это количество обязательного кислорода в день. На неё оказывает влияние температура жидкости и воздуха, материалы загрузки, способы подачи воздуха и так далее. При среднегодовой температуре ниже трёх градусов, биологический фильтр должен быть перенесён в более обогреваемую среду с 5-кратной подачей воздуха.

Для биологических фильтров с высокой нагрузкой существует точный метод подсчёта:

Рассчитывается предельная концентрация загрязнения входящей водной массы. Далее, с помощью формул определяется коэффициент рециркуляции. Существуют методики подсчёта биофильтров, для которых используются усложнённые формулы, но которые дадут результаты высокой точности.

Вентилирование биофильтров

Как упоминалось выше по тексту, биологические фильтры имеют 2 типа передачи кислорода, естественный и искусственный. Тип вентилирования выбирают в зависимости от вида биофильтра и погодных условий.

Для фильтров с высокой нагрузкой применяют вентиляцию с невысоким давлением. Что касается аэрофильтров, то для них используют искусственное вентилирование. Установка фильтра в замкнутом пространстве подразумевает обязательную подачу воздушных масс в него.

Должна производиться постоянная циркуляция воздуха, ведь перебои могут повысить температуру до 60 градусов и вызвать появление неприятных запахов от гниения биологической плёнки.

Фильтр эффективно функционирует при температурах более шести градусов. В случаях, когда температура жидкости ниже шести градусов, нужно подогревать её перед подачей.

Для того, чтобы в холодные времена года биофильтр не замерзал, используют защиту от ветра и понижают коэффициент неравномерной подачи воды. Далее проводят ограничения по поступлению прохладного воздуха: за 60 минут на 1 кв. метр производится подача не более 20 куб. метров. Вентилируемые решётки оснащаются жалюзями, защитой из ткани.

Ширина биологической плёнки прямо влияет на равновесие в биофильтре. Чем больше ширина, тем больше вероятность, что воздушные массы перестанут поступать и начнётся процесс гниения. С этой проблемой чаще всегда сталкиваются при использовании фильтров капельного типа.

Раньше думали, что естественное поступление кислорода возможно только из-за различных температур. Но в итоге стало известно, что на него оказывает влияние процессы диффузии.

Прекрасно справляются со своими задачами и показывают высокую эффективность работы. Очищенные септиком воды могут использоваться для полезных целей либо просто впитываться в грунт. Помимо самих септиков, иногда необходимо использовать дополнительное оборудование для доочистки. Если необходимо чтобы вода уходила в грунт или любое другое место максимально чистой, следует установить систему доочистки стоков в виде биофильтра для септика . Бывает что водопоглощение грунта такое, что стоки после канализации не впитываются, и это довольно распространённый вариант, либо вы намерены использовать воду для полива приусадебного участка или сбрасывать в водоём. Установить станцию биологической очистки по каким то причинам невозможно, то мы рекомендуем Вам задуматься о приобретении биофильтра для очистки воды. На данной странице вы найдете актуальный материал по этим двум видам дополнительного оборудования для септиков.

Разновидности систем отведения очищенных стоков

Системы отведения очищенных стоков целесообразно применять при низкой водопроницаемости грунта. Они позволяют более эффективно отводить очищенную воду и, кроме этого, способствуют её фильтрации. Рассмотрим четыре основных разновидности систем отвода очищенных вод.

1. Поле поглощение

Такая система пользуется популярностью у многих наших клиентов. Она простая в установке, недорогая и вместе с тем эффективная.

Монтаж системы производится следующим образом: возле устанавливаемой станции биологической очистки сточных вод или септика раскапывается траншея необходимой ширины и глубины. На дно насыпается слой крупного щебня, образующего собой подушку для системы отвода. Затем устанавливается сама система. Если глубина, на которой она располагается, не превышает 120 см, систему необходимо утеплить (чаще всего песком). Затем она аккуратно закапывается.

Принцип действия поля поглощения: очищенная в септике вода через систему отвода попадает в грунт, проходя через песок и щебень. Это способствует её фильтрации (доочистки) и быстрому впитыванию.

2. Впитывающий колодец

Данная система наиболее хорошо подходит для песчаных грунтов с умеренным уровнем грунтовых вод. Сложнее в установке, чем поле поглощение, однако, и более эффективная.

Монтаж системы производится следующим образом: на определенном расстоянии от канализационной станции, выкапывается котлован. Посредством траншеи он соединяется с котлованом станции. В котлован устанавливается ёмкость без дна (по сути - колодец). Она может быть сделана из стеклопластика, бетонных колец или иных водонепроницаемых материалов. На дно колодца насыпается слой щебня.

Станция очистки и колодец соединяются трубой, расположенной под небольшим уклоном. Принцип действия впитывающего колодца: очищенные стоки, стекая по трубе, попадают в колодец, а затем, проходя сквозь слой щебня и фильтруясь, уходят в грунт.

3. Поле фильтрации

По сути, данная система отвода очищенных сточных вод является модернизированной и улучшенной системой «Поля поглощения». Она более объемная и трудоёмкая, однако, и намного эффективней. Монтаж системы производится следующим образом: вблизи от станции очистки выкапывается необходимой формы и размера котлован. На дно насыпается слой гравия. На него устанавливается двухуровневая система труб. Затем насыпается песчаный слой. После этого прокладывается еще слой щебня. Конечным этапом является засыпка оставшегося места в котловане грунтом.

Принцип действия поля фильтрации: такой же, как и у поля поглощения. Отличия состоят лишь в том, что воды, прежде чем попадут в грунт, проходят еще и через песчано-гравийный слой.

4. Фильтрующая кассета

Еще одна разновидность систем отвода. Будет удобна тем, у кого на участке мало места для поля поглащения/фильтрации.

Монтаж системы производится следующим образом: от станции очистки выкапывается необходимой формы и размера котлован. Дно котлована засыпается щебнем. На него устанавливается кассета (сооружение, выполненное в виде короба с несколькими отсеками и выводной трубой). Секции кассеты наполнены фильтрующими материалами (песок, щебень). После установки и подсоединения вводной трубы, котлован закапывается.

Принцип действия фильтрующей кассеты: очищенные сточные воды попадают через вводную трубу в фильтрующую кассету. Проходя через все секции с фильтрующими материалами, они подвергается доочистке. Затем через выводную трубу очищенные стоки поступают в грунт.

Принцип действия биофильтра и его конструкционные особенности

Биофильтр производит доочистку стоковых вод. Применяется совместно с септиками. Особенно удобен биофильтр для воды там, где невозможно установить систему отвода очищенных стоков. А такие случаи возможны при следующих факторах:

• На участке высокий уровень грунтовых вод;
• На участке расположена скважина или колодец с питьевой водой;
• Почва участка обладает низкими показателями фильтрации и поглощения (к примеру, глина);
• Сброс очищенных стоков в водоохранную зону (в таких случаях не редко применяется дополнительная УФ-очистка; очистка переработанных стоков до 100%).

Биофильтр для очистки сточных вод представляет собой особого типа емкость наполненную керамзитом. Через вводную трубу в биофильтр подаются (обычно самотеком) осветленные сточные воды (очищенные на 65-70%). Жидкость заполняет всю область загрузки биофильтра и подвергается аэробному окислению. Затем производится обработка сточных вод аэробными бактериями. После запуска фильтра в работу, в первые 2-3 недели в области инертной загрузки, в первой камере биофильтра, происходит формирование биоплёнки из бактерий, микроорганизмов и различных грибов. Бактерии и грибы окисляют поступающие вместе со стоками органические соединения. Также они являются пищей для различных микроорганизмов. Например, инфузорий или коловраток. Благодаря данной биологической активности, биоплёнки постоянно омолаживаются, и процесс очистки воды является постоянным. Для ускорения развития бактерий используются специальные ферментные добавки. Поступление кислорода, необходимого для активности бактерий и микроорганизмов, обеспечивается системой естественной вентиляции. Для её функционирования нет необходимости использования каких-либо технических средств. После очистки вода поступает во вторую камеру, а оттуда с помощью выводного шланга выводится из фильтра. В результате рассмотренных процессов сточные воды очищаются на 90-95%.

Важно помнить, что фильтр биологической очистки является лишь дополняющим оборудованием к септикам. Его использование без септика строго запрещено и чревато засорением камер и даже выходом из строя всего фильтра. Задумались о приобретении септика? Посетите соответствующие страницы нашего сайта – у нас есть, что Вам предложить.

Где приобрести биофильтры и системы отведения очищенных сточных вод?

В нашей компании Вы можете приобрести рассмотренные на данной странице системы отведения очищенных стоков, а также биофильтры "Flotenk ", рассчитанные на разное количество пользователей. Приобретая септики, системы отведения или биофильтры для очистки сточных вод в нашей компании, Вы получаете бесплатную профессиональную консультацию, бесплатный выезд (до 50 км) и замер, проектирование системы автономной канализации, а также качественный монтаж от опытных и грамотных специалистов.