Аэротенки для очистки сточных вод: принцип работы, виды, сравнение

Для качественного удаления загрязняющих примесей промышленные и бытовые стоки подвергаются многоэтапной очистке.

На стадии биологической обработки удаляются органические частицы и большинство растворенных веществ.

Оптимальным инструментом для качественной и быстрой обработки воды являются аэротенки – автономные аппараты разнообразных модификаций.

Назначение и сферы применения

Аэротенк – устройство для глубокой биохимической очистки стоков различного происхождения от органики и других примесей с помощью активного ила с аэробными бактериями и кислорода.

Сооружение представляет собой прямоугольный резервуар с технологическими камерами.

В зависимости от типа конструкции, аэраторы изготавливают из:

• бетона;
• железобетона;
• вспененного полипропилена.

В аэраторе применяется технология принудительной аэрации или принудительного кислородного окисления – аппараты оснащаются пневматическим или механическим аэратором для насыщения активной иловой массы кислородом, необходимым для жизнедеятельности аэробных бактерий.

Аэрационные системы не только подают и распределяют кислород или воздух в аэротенке, но также поддерживают ил во взвешенном состоянии.

Кроме кислорода, на функционирование бактерий в аэротенке оказывают влияние:

• качество питательной среды;
• температура жидкости;
• уровень кислотности;
• состав и концентрация загрязнений в стоках.

На жизнедеятельность микроорганизмов также влияет режим эксплуатации аэротенка, в частности:

• поддерживание оптимального соотношения «объем активного ила – уровень загрязнения воды»;
• период контакта ила и жидкости (время пребывания стоков в основной камере);
• объем закачанного в систему кислорода.

Как работает аэротенк?

Обработка стоков в аэротенках – интенсифицированный процесс самоочистки.

Устройство работает по следующему алгоритму:

1. Сточная жидкость поступает в центральный отсек резервуара – первичный отстойник.
2. Частично осветленные стоки перекачиваются в аэрационный бассейн с помощью эрлифта. К блоку подсоединено оборудование для нагнетания кислорода в систему – аэратор и компрессор. Датчики контроля концентрации кислорода автоматически поддерживают заданный уровень. В результате мощной продувки воздухом создается благоприятная среда для развития аэробных бактерий и простейших микроорганизмов.
3. Загрязненные стоки постепенно смешиваются с активным илом, образуя под воздействием бактерий крупные хлопья.
4. Хлопья адсорбируют растворенные и коллоидные примеси по принципу работы биологических фильтров. Присутствующие в хлопьях микроорганизмы разлагают загрязнения с образованием органического ила.
5. Хлопьевидный ил отделяется от очищенных стоков во вторичном отстойнике. Часть возвращается в систему (циркулирующий ил), иногда подвергаясь предварительной аэрации. Остаток (избыточный ил) перемещается в первичный отстойник для дополнительного отстаивания или аккумулируется в камере-стабилизаторе, и затем утилизируется.

Излишки активного ила удаляются с помощью насоса, как правило, входящего в состав установки. Другой вариант откачки ила – использование внешнего дренажного насоса.

Производительность аэротенка любого типа зависит от массы активного ила, объема поступаемого кислорода, турбулентности потоков.

Установка аэротенка производится с полным или частичным заглублением в грунт. Степень очистки СВ достигает 98 %, с доведением концентрации органики в обработанной воде по БПК_полн до 15 мг/л. Работа системы обычно полностью автоматизирована, не нуждается в ежедневном обслуживании, но требует контроля.

Аэротенки, в основном, используются для очистки хозбытовых вод с высокой концентрацией органики, в качестве автономных очистных сооружений, когда на объекте или в районе застройки отсутствуют централизованные инженерные коммуникации.

Работа активного ила

Активный ил – биоценоз микроорганизмов, способных сорбировать и окислять органические вещества.

Качество «работы» активного ила определяют:

• эффективность предварительного отстаивания стоков;
• вид органических примесей в стоках;
• степень минерализации органики;
• интенсивность и продолжительность периода аэрации;
• нагрузка, выражаемая объемом извлеченных примесей по БПК_полн, приходящихся на 1 г беззольного вещества активного ила в сутки.

Качественный активный ил быстро оседает – эта способность оценивается иловым индексом (объем ила в см³ после отстаивания в течение 30 мин., отнесенный к 1 г сухого вещества ила).

Индекс «рабочего» ила не должен быть выше границы в 130 см³/г. При более высоких показателях иловая масса во вторичных отстойниках отстаивается медленно. Кроме того, при превышении нормативного индекса происходит значительный вынос ила. Это приводит к сокращению объема ила в системе, нарушению процессов очистки, снижению ее качества.

Разновидности и принципы их работы

Аэротенки работают по одноступенчатым и двухступенчатым схемам, а предназначенные для обработки производственных стоков – по трехступенчатым. Бывают однокамерными, когда емкость состоит из отсеков, или многокамерными – когда устройство состоит из нескольких соединенных между собой отдельных блоков.

Многокамерные аэротенки оснащены вторичными отстойниками для сбора ила, очищенная жидкость отводится в накопительные резервуары или дренажные канавы.

Сооружения, состоящие из трех отдельных камер (первичного отстойника, основной камеры, вторичного отстойника), показывают лучшие результаты очистки. Но сложные устройства требуют более высокого уровня обслуживания.

Типичная многокамерная система состоит из следующих конструктивных элементов:

• основного резервуара прямоугольного сечения;
• аэратора;
• первичного и вторичного отстойника;
• соединительных труб;
• эрлифта;
• компрессора.

Тип конструкции аэротенка определяется требуемой производительностью, составом стоков, способом подачи и отвода иловой смеси, характером аэрации.

По способу аэрации аэротенки разделяются на 2 группы:

1. С механической аэрацией. Стоки насыщаются воздухом с помощью погружных механических аэраторов. Подобные аэротенки отличаются скромными габаритами.

2. С пневматической аэрацией. Кислород подается из воздуходувных систем через перфорированные трубы или фильтрующие пластины, уложенные по всей длине установки. Такие аэротенки устроены преимущественно по коридорному принципу – стоки проходят через несколько длинных резервуаров.

Кроме того, бывают аэротенки с пневмомеханической и эжекционной системами аэрации.

Аэротенки-смесители

Устройства-смесители характеризуются равномерной подачей стоков и ила по всей протяженности, а также не менее равномерным отводом иловой массы. При полном смешении воды и ила выравниваются концентрации активной массы и скорость биохимического окисления.

Эта особенность эффективно применяется для обработки концентрированных промышленных стоков (БПК _полн до 1000 мг/л) и городских ливневых стоков, разбавленных производственными водами. Эти категории сточных вод характеризуются резкими колебаниями объема, состава и уровня загрязняющих органических примесей.

Одна из разновидностей аэротенков-смесителей – циркуляционно-окислительные каналы (ЦОК). Устройства представляют собой замкнутые сооружения с сечением в форме трапеции или прямоугольника с циркулирующей со скоростью 0,25–0,45 м/с иловой массой. Смесители функционируют без предварительного отстаивания стоков, в режиме механической продолжительной аэрации (при низких нагрузках на ил).

Каналы бывают периодического и непрерывного действия. В первых разделение иловой массы происходит непосредственно в самом канале при выключенных аэраторах, во вторых для этого предусмотрены вторичные отстойники.

Аэротенки-вытеснители

Аэротенки-вытеснители – установки, в которых жидкость медленно движется к точке выпуска. При этом поступающая на обработку вода почти не смешивается с ранее поступившей.

Процессы очистки отличаются переменной скоростью реакции, поскольку концентрация органики уменьшается по направлению движения стоков. Вытеснители чувствительны к колебаниям концентрации примесей, особенно к залповым сбросам вод, содержащих токсические загрязнения.

По этой причине данную разновидность аэротенков применяют для биологической очистки городских и близких по составу к бытовым производственных стоков, а также в качестве второго этапа двухступенчатой схемы.

В случае отсутствия резких изменений объема стоков и примесей аэротенки-вытеснители предпочтительнее смесителей, т. к. обладают более скромными габаритами и простой конструкцией. Вытеснители не требуют монтажа дополнительного оборудования, поэтому часто используются при устройстве канализации в загородных домах и на дачах.

Секционированное устройство — разновидность аэротенков-вытеснителей. Для предотвращения возвратного движения жидкости коридоры разделены поперечными перегородками на несколько последовательных проточных блоков. Секционирование целесообразно при длине коридоров до 80 м.

Аэротенки с рассредоточенным впуском сточной воды

Устройства с рассредоточенным поступлением стоков занимают промежуточную нишу между смесителями и вытеснителями. Такие аэротенки применяют для обработки смешанных стоков – промышленных и городских.

Установки неполного смешения

Поступление стоков в таких сооружениях происходит дифференцированно (разное количество в разные части установки). В результате на определенных участках вода и ил смешиваются более тщательно, при этом достигается равномерность потребления кислорода.

Комбинированные сооружения

К этой категории относятся разнообразные аэротенки-отстойники – аэроакселаторы, окситенки, флототенки, аэротенки-осветлители, башенные.

Аэротенки-отстойники

В этом варианте аэротенка компактные отстойники оснащаются механическими аэраторами. При совмещении устройств увеличивается рециркуляция иловой массы без вспомогательных устройств, улучшается кислородный режим в отстойнике, увеличивается окислительная мощность (до 5 г/л) за счет повышения объема ила.

Осветленная в первичных отстойниках вода подается в центр прямоугольного резервуара – аэрационную зону. Слева и справа расположены блоки отстаивания с перегородками.

Чтобы активный ил мог циркулировать, предусмотрены отверстия – регулируемые переливные окна в верхней части емкости и щели в нижней.

Избыточный ил отводится через трубы, расположенные на определенном расстоянии друг от друга. Воздух подается в систему через вмонтированные в днище колпачки-аэраторы пневматическим или пневмомеханическим способом.

При поступлении воздуха:

• начинается биохимическое окисление;
• создается циркуляционное движение жидкости;
• из отстойника поступает иловая масса.

С участка аэрации иловая смесь через окна попадает в воздухоотделитель, затем в циркуляционную зону отстойника. Значительная часть ила через щель возвращается в зону аэрации, а очищенная жидкость через слой осадка поступает на участок отстаивания. Круглая разновидность аэротенка-отстойника называется «аэроакселатор».

Бывают двухкамерные аэротенки-отстойники, в которых зоны аэрации разделены на два последовательных блока сетчатой или перфорированной перегородкой. Применение эффективно для очистки производственных стоков, содержащих вещества, которые окисляются с ощутимо разной скоростью.

Создание на каждом этапе активного ила, адаптированного к определенным примесям, до 20 % увеличивает общую пропускную способность системы.

Как происходит очистка в двухкамерной конструкции:

1. Стоки поступают в первый блок – в камеру предварительного обогащения, оборудованную роторным или импеллерным аэратором. На этом этапе иловая смесь насыщается кислородом, происходит биосорбция загрязнений в режиме повышенных нагрузок на ил.
2. Вода через перегородку переходит на вторую ступень – в камеру ферментации, которая оснащена роторным аэратором для циркуляции потоков иловой массы в вертикальной плоскости, за счет чего в зоне осветления формируется вихревой взвешенный слой. Здесь при низкой нагрузке на ил сорбированная биомасса окисляется, происходит минерализация (стабилизация) активного ила. Перегородка мешает массам ила из разных камер смешаться, что позволяет развиваться в них специфичному биоценозу, адаптированному к определенным нагрузкам.
3. Режим функционирования камер – саморегулирующийся. Ил, сформировавшийся в первой камере, переходит во вторую за счет образовавшейся разницы уровней жидкости между ними, когда перфорированный разделитель засоряется прирастающим илом. После перераспределения части иловой массы во вторую камеру уровни воды выравниваются, а переход смеси прекращается, пока ил вновь не прирастет к перегородке. Избыток ила удаляется только из зоны осветления.

Двухкамерные аэротенки-отстойники работают без первичного отстаивания при концентрации взвешенных загрязнений до 300 г/м³. Перед конструкцией обычно устанавливаются песколовки или две последовательные ступени решеток с отверстиями около 16 и 8 мм.

Аэротенки продленной аэрации

Установка полного окисления – комбинация аэротенка с отстойником производительностью от 12 до 700 м3/сут. На входе установлена решетка или решетка-дробилка.

Рассмотрим в качестве примера установку типа КУ-12.

В составе системы:

• пескоулавливающий резервуар и решетки на входе;
• аэротенк с механическим аэратором;
• вертикальный отстойник.

Период аэрации продолжается в течение 24 часов и более, при этом происходит минерализация активного ила и крупных фракций примесей.

Процесс происходит следующим образом:

1. Роторный аэратор с лопатками вращается со скоростью до 180 об/мин, аэрируя и перемешивая стоки.
2. Происходит формирование активного ила с концентрацией до 5 г по сухому веществу на 1 л СВ.
3. Пройдя биологическую очистку в зоне аэрации, стоки со взвешенными частицами (включая активный ил) поступают в отстойник для осветления.
4. При необходимости жидкость подается на обеззараживание.
5. Осажденный в отстойнике осадок через отверстия в иловом блоке направляется обратно в зону аэрации для биохимической очистки СВ и частичной минерализации.
6. Избыточный ил периодически извлекается из отстойника и подсушивается.

Сооружения продленной аэрации эксплуатируются с ограничением по использованию:

• концентрация примесей – до 350 мг/л;
• БПК – 500 мг/л;
• расход – 400–2000 м³ в сутки.

Установка может быть частью комплекса водоочистки. Оборудование этого типа применяют для биохимической очистки неотстоенных стоков.

Окситенки

Окситенк – устройство, обеспечивающее аэробные условия с помощью технического кислорода. При этом концентрация растворенного кислорода выше, чем в обычном аэротенке, поэтому окислительный потенциал системы и устойчивость процессов при непостоянных нагрузках на активный ил значительно увеличены.

Активный ил в таких сооружениях эффективнее отделяется от обработанной жидкости и лучше уплотняется, эта особенность позволяет уменьшить габариты вторичных отстойников.

Процессы биоочистки с кислородом идентичны обработке в «стандартных» аэротенках, работающих на воздухе, но эксплуатация сложнее. Основная причина – требуется практически полностью использовать поданный кислород, что экономически не всегда оправдывается, учитывая стоимость его получения и транспортировки в окситенк.

Основные конструкции окситенков:

• комбинированный окситенк-смеситель, работающий как отстойник;
• секционированный окситенк-вытеснитель с отдельным вторичным отстойником.

Чаще используются комбинированные устройства – резервуары с перегородкой, разделяющей их на зону аэрации (в центральной части) и илоотделитель (по периферии конструкции).

Зона аэрации оснащена герметическим перекрытием, на котором установлены:

• электропривод турбоаэратора;
• трубопровод подачи кислорода;
• продувочный трубопровод с клапанами.

В илоотделителе установлены вращающиеся решетки с шарнирно подвешенным скребком. Уровень слоя активного ила стабилизируется автоматически – в результате периодического сброса избыточной массы через трубу.

Принцип работы окситенка:

1. Стоки поступают в блок аэрации, где насыщаются кислородом с помощью турбоаэратора и интенсивно перемешиваются с активным илом.
2. Водно-иловая масса поступает в илоотделитель. Направляющие устройства заставляют смесь медленно перемещаться по окружности, интенсифицируя отделение и уплотнение ила.
3. Жидкость проходит сквозь слой активного ила, избавляясь от взвешенных и растворенных веществ, органических загрязнений.
4. Очищенная вода поступает в сборную емкость и отводится по трубопроводу.
5. Циркулирующий активный ил перемещается вниз и возвращается в зону аэрации.

Подача кислорода регулируется автоматически, пропорционально скорости потребления.

Это необходимо, чтобы поддержать нужный уровень растворенного кислорода при любых изменениях концентрации, состава и объема стоков.

При высокой концентрации кислорода в системе возрастает объем активного ила, интенсифицируется нитрификация аммонийного азота. Окислительная мощность окситенка оценивается выше мощности обычного аэротенка примерно в 5 раз. Кроме того, капитальные затраты ниже примерно в 2 раза, а эксплуатационные – в 3 раза.

Окситенки обычно устанавливаются на объектах, имеющих собственный технический кислород.

Преимущества и недостатки

Аэротенк, как любая инженерная конструкция для очистки воды, обладает как достоинствами, так и недостатками.

Плюсы:

1. Высокое качество биологической очистки стоков.
2. Компактность. Небольшие габариты позволяют установить конструкцию даже на небольшом участке.
3. Отсутствие неприятного запаха. Жизнедеятельность аэробных бактерий практически не сопровождается выделением газов.
4. Не требуется дополнительное утепление сооружения в холодный период года. При переработке органики выделяется много энергии, позволяющей поддерживать нужную температуру внутри резервуара даже зимой.

Минусы:

1. Энергозависимость. Без электроэнергии невозможно получить достаточный уровень очистки. Если компрессор/аэратор не будет работать, без поступления воздуха или кислорода произойдет гибель бактерий.
2. Достаточно высокая цена.
3. Требуется постоянный контроль работы оборудования.
4. Гибель бактерий при простое системы более трех месяцев.

Для предупреждения гибели активного ила в установку ежемесячно заливается восстанавливающий раствор – смесь сухого активного ила с водой. Если ил погиб, аэротенк запускается повторно. Для этого систему промывают водой – освобождают от погибшего ила. Затем в установку помещают живой ил из другого аэротенка. Обычно для этого еще на этапе покупки аэротенка заключается договор на его техобслуживание.

Аэротенк и септик: есть ли разница?

Многие уверены, что аэротенк и простой септик с биофильтром – устройства, работающие по одному принципу.

Мнение ошибочно, а разница между этими аппаратами для биологической очистки стоков заключается в следующем:

1. Аэротенк – энергозависимое устройство, т. к. для закачки воздуха/кислорода необходим компрессор/аэратор. Для работы септика энергоносители не нужны.
2. Резервуар аэротенка полностью заполняется сточной жидкостью, а септик устроен под порционное поступление воды.
3. В аэротенке процессы очистки стоков от загрязнений протекают быстрее, чем в септике. Причина – насыщение жидкости воздухом при помощи аэратора.

Видео по теме

На видео можно посмотреть, как происходит отбор пробы очищенной воды из зоны отстаивания аэротенка-отстойника, чтобы сравнить с исходной, а также – как выглядит активный ил во взвешенном состоянии:

Заключение

В аэротенках очистка стоков может проходить полный цикл – вплоть до удаления азота, а излишки активного ила стабилизируются в аэробных условиях, что позволяет получить эффективное удобрение и решить проблему утилизации отхода.