Биореакторы для биологической предочистки воды

6.3 Биореакторы для биологической предочистки воды

При проектировании блока биологической предочистки природных вод приоритетными ингредиентами качества очищаемой воды являются: перманганатная окисляемость, ХПК, хлоропоглощаемость, общее количество микроорганизмов, концентрация взвешенных веществ, температура воды, содержание планктона.

Применение метода биологической предочистки природных вод на основе естественного биоценоза водотоков и носителей прикрепленных микроорганизмов нецелесообразно при постоянно низкой температуре исходной волы (T < 5⁰C) и наличии в природной воде токсичных ингредиентов, препятствующих и подавляющих развитие микроорганизмов на носителях.

Устройство биореакторов, реализующих данный метод предочистки, возможно непосредственно в русле водотока, ковшах, приемных отделениях береговых колодцев HC-I подьема, в зданиях очистных сооружений водопровода (рисунок 9).

Производительность установок заводского изготовления и стационарных блоков биологической предочистки воды на водоочистной станции может назначаться в пределах от 5 до 150 м³/час и более при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Конструкция биореактора может быть выполнена из блочного или сборного железобетона, труб большого диаметра, железобетонных колец.

Биореактор должен быть оборудован трубопроводами подачи исходной воды, отвода фильтрата и промывной воды. Для дополнительной аэрации обрабатываемой воды и насадки биореактор оборудуют устройством для равномерного распределения воздуха по площади биореактора.

Крепление элементов наживления вьгполняется непосредственно к армированной решетке или каркасам из переплетенной проволоки.

Рисунок 9 – Варианты размещения блоков биологической предочистки

а– в приемном отделении берегового колодца, б –биореактор совмещенный с фильтром с плавающей загрузкой); 1 – трубопровод подачи исходной воды; 2 – стенки колодца; 3 – каркас с волокнистой загрузкой; 4 – гидроэлеватор; 5 – всасывающий трубопровод; 6 – перфорированная перегородка; 7 – плавающая загрузка; 8 – подача воздуха

Конструкция элементов биореактора рассчитывается таким образом, чтобы не происходило разрушение (отрыв) элементов наживления биоценоза.

При высоком содержании в исходной воде взвешенных веществ для увеличения эффективности очистки воды и предотвращения быстрой кольматации загрузки, при нисходящем движении воды возможно использование предварительного нижнего слоя носителей из гранул плавающей пенополистирольной загрузки. Такая конструкция используется не только для предварительной очистки волы от различных примесей, но и обеспечивает сжатие и расширение слоя волокон в режимах фильтрования и промывки.

Расчет биореактора заключается в определении его размеров, необходимого количества наполнителя из волокнистой загрузки, производительности воздуходувки, системы химической регенерации волокон (в случае необходимости).

Геометрические размеры биореактора определяют в зависимости от производительности проектируемой станции и необходимой степени очистки воды. Скорость фильтрования воды через загрузку рекомендуется принимать в пределах от 3 до 8 м/ч.

Необходимое время контакта воды с поверхностью волокон (t_конт), в зависимости от степени загрязнения воды органическими веществами и средней температуры воды - не менее 10 мин.

Требуемый объем волокнистой насадки W_H в биореакторе определяют по формуле:

 м³,                                        (5)

где W_{ак.част} – объем аппарата заполненного загрузкой, m³:

φ = 0,1-0,2 – коэффициент наполнения объема аппарата волокнистой загрузкой, определяется по формуле:

,                                          (6)

где d²_{ак.част} - диаметр волокна, мм;

l_в - длина волокна, м;

N_в - количество волокон в биореакторе, шт.;

d²_{ак.част} - диаметр активной части биореактора, мм;

Н_{ак.част} - толщина слоя волокон, м.

Общая высота биореактора складывается из высоты активной части насадки (Н_{ак.част}), высоты надфильтрового пространства (рассчитывается, исходя из необходимого объема промывной воды), высоты отстойной части (конструктивно может быть принята от 0,5 до 1 м) и необходимого строительного запаса (0,1-0,3 м).

Н_{ак.част} находится исходя из принятой скорости фильтрования и требуемого времени контакта воды с загрузкой.

Полный цикл работы биореактора рассчитывается как сумма продолжительности его работы до окончания "зарядки" (t_зар), полезного периода работы (t_п) и периода промывки биореактора водой или регенерацией носителей от избыточной биомассы с использованием обеззараживающих реагентов (t_пром).

 ч,                                      (7)

где:

 ч,                                (8)

 ч,                                (9)

где v - скорость фильтрования воды через загрузку, м/ч;

T- температура исходной воды, ⁰С;

ПО - перманганатная окисляемость исходной воды, мгО₂/л.

Элементы наживления (волокна, гранул ПСВ, керамзита, щебня, редоксита и др.) должны бытьстойкими по отношению к действию микроорганизмов, обладать высокой прочностью и стойкостью, не растворяться в агрессивных средах. Предпочтение следует отдавать волокнистым материалам с высокоразвитой удельной поверхностью (например, капрон, лавсан и др.). Все материалы должны быть разрешены Минздравом РБ к применению в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения. Исходя из диаметра нити и необходимой степени наполнения загрузкой аппарата, находится длина волокон с учетом увеличения последней на 5-10 см для крепления волокон к каркасу.

Требуемая интенсивность промывки биореактора исходной водой рекомендуется в пределах 12-18 л/с·м² , продолжительность промывки – до 4-6 мин.

По мере зарастания загрузки необходимо производить ее промывку. Промывка нужна для удаления избыточных загрязнений задержанных загрузкой, и предотвращения вторичного загрязнения воды. При снижении эффективности очистки воды на биореакторе только по некоторым показателям (например, взвешенным веществам), но при достаточно высокой эффективности снижения органических соединений, определяемых по перманганатной окисляемости и ХПК, а также хлоропоглощаемости воды, интенсивность промывки и ее продолжительность составляет около 8-10 л/с·м² и 1-3 минут соответственно. При таких параметрах промывки биоценоз обрастания разрушается лишь частично и достаточно быстро восстанавливает прежнюю активность (через несколько часов), а с поверхности загрузки удаляются накопившиеся продукты метаболизма и взвешенные вещества. Для более полной десорбции загрязнений необходимая интенсивность промывки составляет 12-18 л/с·м² при ее продолжительности не более 4 минут.

При сильном зарастании загрузки в промывную воду дополнительно добавляют обеззараживающий раствор, например, 5% раствора медного купороса с дозой 2-3 мг/л.

В процессе эксплуатации, при изменении качества воды степень наполнения загрузкой биореактора может оперативно изменяться путем регулирования натяжения нитей или их количеством.