Фильтры доочистки с зернистой загрузкой

К предприятиям промышленности и селитебным территориям предъявляются особые требования по сбросу сточных вод в водные объекты рыбохозяйственного и питьевого назначения.

Биологическая очистка в аэротенках не всегда позволяет довести показатели загрязнения сточных вод до степени требований ПДК для сброса в водоемы. При проектировании и теоретических расчетах, действительно, величина БПК_полн и концентрация взвешенных веществ может составлять 13 мг/л, но на практике величина исследуемых загрязнений доходит до 19 - 43 мг/л.

По нормативам же, установленным для сброса сточных вод в водоемы рыбохозяйственного назначения, БПК_полн не должна превышать 3 мг/л, NH₄⁺ — 0,39 мг/л, нефтепродукты — 0,05 мг/л, Fe — 0,15, Cu — 0,001 мг/л.

Для доведения показателей до требуемых применяют различные методы доочистки сточных вод:

• фильтрование на зернистых фильтрах;
• биологические пруды и поля орошения;
• хлорирование и озонирование;
• УФ-излучение.

Использование этапа доочистки положительно влияет на показатели очистки стоков. Одним из факторов, требующим дополнительную очистку, является применение методов нитрификации и денитрификации на стадии биологической очистки. В этом случае доочистка необходима, так как образовавшийся избыточный ил, который содержит большое количество нитрифицирующих бактерий, во вторичном отстойнике подвержен "вспуханию", то есть образованию взвесей. Иловые взвеси выносятся из вторичного отстойника и влияют на величину БПК_полн.

В другом случае, когда возникает необходимость обеззараживания стоков после биореакторов и вторичных отстойников, используют УФ-излучение, что значительно повышает стоимость очистного оборудования.

Таким образом, становится необходимым такой метод доочистки сточных вод перед сбросом в водоемы, который является эффективным по снижению показателей загрязнения с одной стороны и низкими экономическими затратами с другой.

Фильтры с зернистой загрузкой

Для доочистки сточных вод после биологической очистки часто используют фильтры с зернистой загрузкой, которые при невысоких материальных вложениях существенно повышают качественные показатели очищаемых сточных вод.

Фильтры с зернистой загрузкой делятся на две группы:

1. Фильтры с восходящим потоком очищаемой жидкости.
2. Фильтры с нисходящим потоком очищаемой жидкости.

Фильтры с восходящим потоком жидкости

Технически фильтр представляет собой емкость, заполненную фильтрующим материалом. Очищаемая вода движется через фильтр снизу вверх через слой гравийной или песчаной загрузки, причем крупность загрузочного материала уменьшается по направлению движения сточной жидкости. Дно фильтра оборудовано дренажной распредсистемой, которая подает в слой загрузки воду и воздух с заданным напором.

Распредсистема подает на фильтрование как очищаемую жидкость, так и воду для промывки фильтрующей загрузки. Перед подачей на фильтрацию сточные воды насыщаются воздухом до необходимой концентрации, которая составляет около 6 мг/л.

Эффективность работы фильтра с зернистой загрузкой в полной мере зависит от загрузочного материала. В качестве загрузки используют материалы, которые способны создавать рыхлый слой и имеющие пористую поверхность зерен. Недостатком таких материалов служит малая плотность, которая влияет на снижение скорости восходящего потока очищаемой жидкости (табл.1).

Большая плотность загрузочного материала позволяет повысить скорость фильтрования и в то же время увеличить задерживающую способность фильтрующего слоя благодаря высокой пористости зерен. Поэтому для фильтров с зернистой загрузкой, которые применяются в качестве доочистки, используют дробленый базальт, гранитный щебень или крупнозернистый грандиорит.

Базальт имеет крупность зерен в пределах 5 мм, равномерно-зернистую структуру и шероховатую поверхность. Такое строение загрузочного материала способствует хорошей адсорбции активного ила при фильтрации после биологической очистки и повышению эффективности доочистки сточных вод. Скорость доочистки через базальтовую загрузку, которая составляет в среднем 20 м/ч, позволяет осуществлять самопромывку фильтра потоком очищаемой жидкости.

Когда будут достигнуты предельные потери напора в фильтре, для промывки фильтра подают только воздух, что имеет ряд преимуществ:

• облегчается процесс промывки;
• объем промывной воды уменьшается в 2 раза;
• время промывки сокращается в 1,5 раза.

Песок же в качестве загрузочного материала для фильтра с восходящим потоком быстро забивается илистыми отложениями и легко выносится с промывной жидкостью, поэтому его использование в данном случае не эффективно.

При прохождении потока очищаемой жидкости в порах загрузки нарастает биоценоз, субстратом для которого являются вымываемые из вторичных отстойников хлопья активного ила. При достаточном поступлении кислорода там развиваются микроорганизмы, свойственные как аэротенкам различного рода, так и метантенкам, что способствует развитию биологических процессов в толще загрузки во время фильтроцикла.

В аэробных зонах происходит процесс нитрификации, а анаэробных - денитрификации. В результате этих процессов концентрация (NH4)+ снижается на 35 - 45 %, а Nобщ на 17 - 32 %. Снижение концентрации пропорционально продолжительности фильтроцикла.

Таким образом, эффективность фильтров с зернистой загрузкой с восходящим потоком жидкости имеет следующие преимущества при данных конструкционных особенностях:

• увеличение поглощающей способности фильтра при расположении загрузочного материала по уменьшению крупности зерен загрузки по ходу движения воды;
• промывка фильтрующей загрузки водовоздушной смесью значительно снижает расход промывной жидкости;
• аэрация сточных вод перед подачей в фильтроцикл формирует активный биоценоз в фильтрующей загрузке.

Фильтры с нисходящим потоком жидкости

Для фильтров с нисходящим потоком очищаемой жидкости в качестве фильтрующего материала подходит крупнозернистый кварцевый песок, а также грандиорит с крупностью зерна 2-6 мм.

В целом принцип работы похож на работу фильтров с восходящим потоком, только очищаемая жидкость движется сверху вниз и подается из входного патрубка. Очищаемая вода распределяется по поверхности фильтрующего материала по всей площади фильтра.

Для промывки фильтров используется дренажная распредсистема, которая создает водовоздушную смесь и подает ее на фильтр. Роль такой системы заключается в предупреждении выноса фильтрующего материала и распределение промывной воды равномерно по всей площади фильтра.

Система состоит из аэраторов и дренажных фильтров, расположенных по бокам резервуара с фильтрующим слоем. Такая конструкция распредсистемы создает ряд преимуществ:

• Отказ от укрепляющих слоев гравия.
• Уменьшение высоты фильтра.
• Увеличение времени фильтрования.
• Повышение производительности установки.

Параметры промывки фильтра с кварцевым песком в качестве фильтрующего материала подбирают исходя из данных табл. 2 и корректируют в процессе работы фильтра. Причем, чем больше интенсивность, тем меньше времени затрачивается на промывку.

Для промывки используют воду либо из резервуара чистой воды, которую забирают промывным насосом, либо из резервуара промывной воды самотеком.

Промывка водовоздушной смесью осуществляется в три этапа:

1. Пропускание через слой фильтрующей загрузки сжатого воздуха.
2. Промывка водовоздушной смесью.
3. Промывка загрузки водой.

Рекомендуется повторно использовать промывные воды. При таком подходе потребность станции в дополнительных источниках воды составляет 3 - 4 %, а при отсутствии повторного использования -11 - 15 %.

Одним из недостатков фильтров доочистки сточных вод с зернистой загрузкой является резкое падение скорости фильтрования. Для этого существует ряд причин:

• Нарушение эксплуатации фильтра.
• Несоответствие крупности загрузки фильтра нормативным требованиям.
• Недостаточная эффективность промывки фильтрующего материала.

Также снижение скорости фильтрования вызывает гидравлическое сопротивление фильтрующего слоя за счет потери напора фильтра. Так как гидравлическое сопротивление в процессе работы фильтра обычно нарастает, то в зависимости от этого режимы фильтров можно разделить на две группы:

1. Постоянный рост напора фильтра при равномерной скорости фильтрования.
2. Постоянное значение напора фильтра при падении скорости фильтрования.

Наиболее предпочтительным является первый режим работы фильтра. При таком режиме по мере роста гидравлического сопротивления понемногу открывается регулировочная задвижка на коллекторе отвода фильтрата, что приводит к равномерному сопротивлению на всем пути движения воды.

В соответствии с СанПиНом максимальной потерей напора считается уровень 3 - 3,5 м в резервуаре чистой воды. При достижении данных показателей фильтры необходимо промывать.

При нарушении эксплуатации и несвоевременном ремонте фильтра могут возникнуть следующие неисправности:

• поломка барабанных сеток;
• увеличение продолжительности фильтроцикла при высокой нагрузке на фильтр;
• разрастание биоценоза на фракциях загрузки.

При несоответствии размеров фракций загрузки нормативным требованиям происходит быстрое разрастание биоценоза и заиливание фильтра, нарушается его работа и снижается эффективность очистки.

Принцип работы фильтров с зернистой загрузкой

Технологическая схема работы фильтров с зернистой загрузкой состоит из следующих этапов:

1. Сточные воды после биологической очистки поступают в приемный резервуар.
2. В приемном резервуаре сточные воды насыщаются воздухом с помощью аэраторов с образованием водовоздушной смеси.
3. Сточная вода подается на механизированную решетку, которая защищает отверстия дренажной распредсистемы от попадания мусора.
4. Сточная жидкость поступает во входную камеру.
5. Насосами сточные воды подаются на фильтр, вместе с воздухом проходят через фильтрующую загрузку и затем по водоотводящим лоткам отводятся в контактные резервуары очищенной воды.
6. При снижении напора фильтры периодически прочищаются сначала воздухом, затем промывными водами.
7. Воды после очистки фильтра отводятся в резервуар промывных вод, а затем возвращается в цикл очистки.