Биологическая очистка сточных вод. Биологическая очистка сточных вод

Биологическая очистка сточных вод

Биологическая очистка сточных вод кожевенных и меховых предприятий

В современных условиях природная вода участвует не только в естественном, но и в антропогенном круговороте. В антропогенном цикле вода из природного водоема используется в энергетике, промышленности, сельском хозяйстве, для питьевого водоснабжения, коммунально-бытовых нужд. Значительная часть воды после ее использования возвращается в виде сточных вод. По определению сточные воды – это воды, использованные на бытовые или производственные нужды и получившие при этом дополнительные примеси, изменившие их первоначальных химический состав или физические свойства, а также атмосферные воды, стекающие с территорий промышленных предприятий или сельскохозяйственных угодий [].

Сточные воды кожевенного и мехового производства представляют собой сложные гетерогенные многокомпонентные системы, относящиеся к группе высококонцентрированных и токсичных. Сточные воды образуются после проведения основных жидкостных процессов: отмока, золение, пикелевание, обезжиривание, дубление, крашение и т.д. В них содержатся химические материалы, как вносимые для проведения технологического процесса, так и образующиеся в результате переработки кожевенно-мехового сырья. Вследствие значительного количества органических веществ сточные воды могут подвергаться загниванию [].

При обработке пушно-мехового и овчинно-шубного сырья на предприятиях меховой промышленности образуется значительное количество сточных вод, характер которых определяется спецификой технологических процессов, осуществляемых в конкретном производстве. Сточные воды предприятий меховой промышленности содержат большое количество трудноокисляемых органических веществ (шерстный и натуральный жиры, красители различной химической природы, ПАВ), а также токсичные соединения (трех- и шестивалентного хрома) в совокупности с минеральными (в основном серной) и органическими кислотами. Наиболее рациональным способом водоотведения стоков таких предприятий является раздельная схема отведения отмочно-моечных, хромсодержащих и красильных сточных вод, которая позволяет с наименьшими затратами осуществлять их обезвреживание, а также использовать очищенные сточные воды в оборотном водоснабжении предприятия [].

Для сточных вод отдельных процессов мехового производства рН колеблется в широких пределах: от 3,5 до 8,5, однако общий сток представляет собой нейтральную среду с рН около 6,5.

Содержание загрязнений в сточных водах кожевенно-меховой промышленности столь велико, что в случае поступления последних в нативные водные объекты, может вызвать необратимые процессы, включая полное разрушение сложившейся экосистемы. Для охраны водных объектов используется комплекс мер, включающий классификацию водных источников по назначению, установление стандартов на воду и нормативов на сброс сточных вод.

В целом, состав сточных вод обусловлен видом перерабатываемого сырья. Данные воды имеют высокую концентрацию и большое количество ингредиентов: кусочки мездры, сырья и полуфабрикатов, шерсть, сгустки крови, грязь, синтетические ПАВ, консервирующие вещества, сульфиды, растворенные белки, жиры, соли хрома и алюминия и пр.

На кожевенно-меховых предприятиях, кроме производственных, образуются бытовые и атмосферные сточные воды. С территории предприятий их отводят отдельными сетями. Бытовые сточные воды сбрасываются в городскую канализационную систему, а дождевые и производственные сточные воды сбрасываются в эту систему или водоем после предварительной их очистки на локальных очистных сооружениях. В противном случае, поступление сточных вод в водоем может привести к ряду тяжелых нарушений гидробиологического режима.

Сточные воды кожевенных и меховых предприятий относятся к третьей группе, так как в состав данных вод входят как минеральные, так и органические вещества. К минеральным веществам относятся соли: сульфаты, хлориды, сульфиды, соединения хрома и др. К органическим – синтетические и растительные дубители, продукты распада белков, поверхностно-активные вещества, жиры.

Вследствие значительного количества органических веществ, сточные воды подвержены загниванию [].

В настоящее время помимо физических и физико-химических методов очистки сточных вод широко применяется биологический метод очистки.

Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические загрязнения в качестве источника питания в процессах своей жизнедеятельности. Биологическая очистка сточных вод может осуществляться как в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды), так и в специальных сооружениях (аэротенки, биофильтры). Искусственное культивирование микроорганизмов в специально созданных для них благоприятных внешних условиях (состав питательной среды, избыток растворенного кислорода, температура) резко ускоряет биологическую очистку сточных вод, хотя и требует дополнительных затрат [].

Предложено еще одно определение биологической очистки. Биологическая очистка сточных вод представляет собой биологическое окисление - широко применяемый на практике метод очистки производственных сточных вод, позволяющий очистить их от многих органических примесей. Процесс этот, по своей сущности, природный, и его характер одинаков для процессов, протекающих в водоеме или очистном сооружении. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов - водорослей, грибов и т. д., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма). Главенствующая роль в этом сообществе принадлежит бактериям, число которых варьирует от 10 6 до 10 14 клеток на 1 г сухой биологической массы (биомассы). Число родов бактерий может достигать 5 - 10, число видов - нескольких десятков и даже сотен.

Такое разнообразие видов бактерий обусловлено наличием в очищаемой воде органических веществ различных классов. Если же в составе сточных вод присутствует лишь один или несколько близких по составу источников органического углерода, т. е. один или несколько близких гомологов органического соединения, то возможно развитие монокультуры бактерий [].

Биологический способ очистки сточных вод от жировых веществ

Общие стоки кожевенных и меховых предприятий содержат до 1800-2460 мг/дм3 жиров или жироподобных веществ. В стоках от процессов отмоки и дубления их количество достигает более 4 г/дм3. Отработанные жидкости после обезжиривания, промывки свиного сырья и полуфабриката, а также после золения этого сырья содержат еще больше жира. После обезжиривания свиных шкур карбонатом натрия (15-17 г/дм3) в растворе образуется стойкая жировая эмульсия с содержанием жира 8-10 г/дм3. Значительное количество его содержится также в стоках клееварочных цехов. Так на Могилевском кожевенном заводе в стоках указанного цеха содержание жира достигает 8,3 г/дм3 [].

В настоящее время помимо физических и физико-химических методов очистки широко применяется биологический метод, основанный на жизнедеятельности микроорганизмов – деструкторов жировых веществ.

С учетом того обстоятельства, что сточные воды, содержащие жировые вещества имеют в основном повышенную температуру, селектировано несколько видов термофильных микроорганизмов, способных разрушать жиры при температуре свыше 50оС []. К таким культурам относятся Acinetobacter species, Rhodococcus species. Эффект очистки при таком способе достигает 100%.

Исследователями из Великобритании предлагается использовать специальное устройство для удаления масел и жиров из сточных вод []особенностью такого способа очистки является то, что для деструкции жиров и масел используются специальные культуры микроорганизмов, которые подаются в сточные воды из емкости с содержащей их жидкостью дозатором. Для увеличения эффективности очистки используется эффект флотации: воздух подается в диспергатор на дне.

Микроорганизмы-деструкторы предлагается использовать не только для разрушения жировых примесей, но и для нейтрализации других органических веществ, так, английскими исследователями French W.T., Brown L.R. [] предлагается использовать микроорганизмы вида Burkholderia cepacica в процессе регенерации адсорбентов, применявшихся для выделения трихлорэтилена.

Биологический способ очистки сточных вод от соединений хрома (VI)

Очистка производственных сточных вод от хрома (VI) имеет очень важное значение. Попадая вместе со сточными водами в водоем, хром губительно действует на флору и фауну, ухудшает органолептические свойства воды, тормозит процессы самоочищения водоема.

К настоящему времени разработаны и внедрены в практику различные способы очистки воды от хрома: химические (реагентные), сорбционные, флотация, электрохимические и биологические.

Биологический способ очистки хромсодержащих сточных вод характеризуется следующими преимуществами: непрерывность процесса, значительное сокращение количества образующегося осадка по сравнению с реагентными способами, снижение эксплуатационных затрат по сравнению с химическими и физико-химическими.

К бактериям, способным трансформировать высокотоксичный шестивалентный хром в малотоксичный, относятся бактерии родов Pseudomohas, Aeromonas и Escherihia. Они могут спокойно переносить концентрацию ионов Cr6+ выше 200 мг/л, время очистки составляет от 1 до 3 суток. При увеличении концентрации хроматов до 350 и 500 мг/л время очистки возрастает соответственно до 20 и 60 сут.

Недостатком способа является то, что микроорганизмы не всегда или трудно приспосабливаются к изменению состава сточных вод и повышению концентрации токсичных компонентов.

В связи с этим перспективным представляется использование биосорбционных процессов для очистки сточных вод гальванических производств. Сущность биосорбции заключается в объединении во времени и пространстве сорбции загрязнений из сточных вод сорбентом и биохимического потребления компонентов сточных вод микроорганизмами, развивающимися на поверхности сорбента. При этом не исключается возможность биорегенерации сорбента. Активированные угли значительно снижают нагрузку на активную биомассу.

В качестве сорбента можно использовать гранулированный активный уголь (ГАУ) марки СКТ. Обработку стоков с шестивалентным хромом проводят в анаэробных условиях.

Учитывая высокую поглотительную способность ГАУ по отношению к шестивалентному хрому, можно сделать вывод о снижении токсичности влияния хроматов на активный ил при совместном использовании сорбционного и биологического процессов. Применение биосорбции значительно сокращает время очистки (в 4,0-4,9 раза) по сравнению с биологической очисткой при той же концентрации шестивалентного хрома.

Очистка сточных вод от шестивалентного хрома с помощью экстракции и мембранной технологии не нашла широкого применения в связи с периодичностью и высокой трудоемкостью проведения операций [].

Биологический способ очистки сточных вод аэротенками

Биологическая очистка сточных вод кожевенной и меховой промышленности проводится совместно с очисткой бытовых сточных вод или раздельно. При раздельной очистке важно сохранить усредненный состав сточных вод и поддерживать рН<11, в противном случае сточные воды необходимо нейтрализовать.

Для биологической очистки сточных вод используют микроорганизмы, которые минерализуют растворимые органические вещества. Конечными продуктами аэробного разложения являются углекислый газ, вода и микробиальные клетки [].

Сообщество микроорганизмов представлено одними бактериями в том случае, если очистку проводят в анаэробных условиях (в отсутствии растворенного в воде кислорода) или при слишком неблагоприятном уровне питания, который представляет собой отношение количества органических веществ к числу микроорганизмов. Неблагоприятным уровнем питания может оказаться, например, слишком высокое соотношение количеств подаваемых на очистку загрязнений и биомассы микроорганизмов. Если очистку проводят в анаэробных условиях (в присутствии растворенного кислорода), то при благоприятной обстановке в сообществе микроорганизмов развиваются простейшие, представленные cреди бактерий в очистных сооружениях сосуществуют гетеротрофы и автотрофы, причем преимущественное развитие та или иная группа получает в зависимости от условий работы системы. Эти две группы бактерий различаются по своему отношению к источнику углеродного питания. Гетеротрофы используют в качестве источника углерода готовые органические вещества и перерабатывают их для получения энергии и биосинтеза клетки. Автотрофные организмы потребляют для синтеза клетки неорганический углерод, а энергию получают за счет фото синтеза, используя энергию света, либо хемосинтеза путем окисления некоторых неорганических соединений (например, аммиака, нитритов, солей двухвалентного железа, сероводорода, элементарной серы и др.) [].

Основными сооружениями для биологической очистки городских и многих промышленных сточных являются чаше всего аэротенки.

Аэротенки - сооружения, в которых процесс изъятия органических загрязнений осуществляется микроорганизмами. В процессе симбиоза микроорганизмов образуются хлопья активного ила. Размер этих хлопьев составляет в большинстве случаев 1 - 4 мм, но встречаются отклонения в большую или меньшую сторону. Процесс хлопьеобразования до конца не изучен, существует несколько теорий - действие внеклеточных биополимеров, заряд отдельных микроорганизмов активного ила. Очевидно и неоспоримо одно - симбиоз хлопьев активного ила обусловливает процесс автоселекции. При этом отбор микроорганизмов в жесткой конкурентной борьбе происходит из обитателей очищаемой сточной жидкости и окружающей среды (воздуха, поступающего на аэрацию, пыли и осадков непосредственно на месте очистки и т.д.).

Биологическая очистка происходит непосредственно в ходе продвижения смеси активного ила и сточной жидкости по коридору аэротенка и включает два процесса - деструкцию и трансформацию органического загрязнения микроорганизмами и биосорбцию загрязнения с образованием хлопьев активного ила. Причем сорбируются не только органические загрязнения, но и минеральные (например, красители соли металлов, радиоактивные частицы и т.п.). Оба процесса изъятия загрязнений из сточной жидкости происходят параллельно, какой из них доминирующий, не доказано [].

Для устранения недостатков в работе аэротенка были предложены так называемые ячеечные аэротенки. Принцип их работы заключается в том, что очистка происходит стадиями или этапами в определенном объеме (ячейке), причем каждая ячейка имеет свой узел выделения приросшей биомассы и свою систему циркуляции активного ила. Сточная жидкость, перетекая из ячейки в ячейку, меняет свои свойства (становится чище), и активный ил также меняет свои свойства вследствие процесса автоселекции. В результате большего соответствия составов активного ила и субстрата очистка становится лучше и стабильнее. Развитие этих аэротенков сдерживается сложностью и дороговизной конструкции и неудобством эксплуатации [].

Биологический способ очистки сточных вод биологическими фильтрами

Биофильтры с плоскостным загрузочным материалом. В настоящее время проектируются в основном биофильтры с плоскостным (регулярным и засыпным) загрузочным материалом, площадь удельной поверхности которого (поверхность биообрастания) достигает 90 – 260 м²/м³, пористость 90 - 98 %. Биофильтр представляет собой легкое, павильонного типа сооружение, находящееся на поверхности земли (не требуются земляные работы при строительстве), т.е. возможен быстрый монтаж биофильтра на площадке очистных сооружений из заводских деталей. Процесс изъятия органических загрязнений из сточных вод осуществляется в биофильтрах, так же как и в аэротенках при контакте очищаемой сточной жидкости с активной биомассой. Однако активная биомасса биофильтра представляет собой совсем другую структуру - биологическую пленку. Следует отметить, что видовой состав биопленки гораздо богаче, что отмечено многими отечественными и зарубежными исследователями. Это, несомненно, повышает эффективность и стабильность очистки сточных вод. Кроме того, количество активной биопленки на единицу объема биофильтра в 25 - 50 раз больше даже для биофильтров с объемным загрузочным материалом, а для биофильтров с плоскостной загрузкой рабочей биомассы - в сотни раз больше, чем в аэротенках.

В биофильтрах с плоскостным загрузочным материалом не только не происходит заиления верхнего слоя загрузки, как это было в биофильтрах с объемной загрузкой, но на них можно подавать и высококонцентрированные производственные сточные воды без предварительного отстаивания. По данным МИСИ-МГСУ, заиления не наблюдалось при подаче загрязнений, определяемых по БПКполн до 30 кг/м³ загрузочного материала в сутки, и количестве взвешенных веществ в очищаемой жидкости 1500 мг/л. Это объясняется тем, что удельная поверхность плоскостного загрузочного материала достигает 90 - 300 м²/м³ и в процессе эксплуатации работает полностью. Удельная поверхность объемной загрузки из гравия, щебня, керамзита составляет 50 - 60 м²/м³. В объемном загрузочном материале эффективная (рабочая) поверхность снижается в несколько раз в результате соприкосновения поверхности фракций. Пористость (свободный объем) плоскостных загрузочных материалов достигает 90 - 99 % и ее снижение на 15 - 20 % вследствие развития биообрастания не влияет на процессы естественной вентиляции загрузочного материала, как это происходит в биофильтрах с объемным материалом, где начальная пористость составляет всего 45 - 50% [].

Основным преимуществом биофильтров по сравнению с аэротенками является естественное соответствие качества питательных веществ (загрязнений сточных вод) качеству потребителей (микроорганизмов биопленки). Качество субстрата обусловливает формирование биоценоза по ходу потока и создание оптимальных условий для очистки сточных вод. При эксплуатации не возникают такие трудности, как вспухание активного ила, пенообразование, вынос активного ила из сооружения.

Выносимая из биофильтра отработанная биопленка обладает лучшими седиментационными свойствами, чем активный ил аэротенка. Это позволяет сократить время отстаивания во вторичных отстойниках, и, следовательно, их объем.

Влажность биопленки из вторичного отстойника 95 - 96%, а активного ила 99- 99,5 %. следовательно, объем биопленки в 5-10 раз меньше, что позволяет ее экономить и отказаться от илоуплотнителей.

Большое значение имеет высота слоя плоскостного загрузочного материала в биофильтре. По данным зарубежных исследователей, увеличение слоя загрузочного материала с 3 до 6 м позволит вдвое сократить объем загрузочного материала при одинаковом эффекте очистки [].

Необходимо отметить малую энергоемкость биофильтров с плоскостным загрузочным материалом, электроэнергия затрачивается только на подъем воды в водораспределительную систему.

В связи с большой пористостью плоскостного загрузочного материала возможно переохлаждение очищаемой сточной жидкости, что отрицательно сказывается на работе биофильтра. Однако, как показал опыт эксплуатации биофильтров с плоскостным загрузочным материалом в Канаде, ограничение поступления холодного воздуха в вентиляционные окна биофильтра, расположенного непосредственно на открытом воздухе, предохраняет очищаемую сточную жидкость от переохлаждения. По мнению канадских ученых [], для проведения аэробного процесса в биофильтре достаточно поступления воздуха в количестве 20 м³/ч на 1 м² площади горизонтального сечения биофильтра. Поступление воздуха в вентиляционные окна биофильтра можно регулировать с помощью жалюзийных решеток, шиберов и других приспособлений. В ходе долгосрочных наблюдений установлено, что при наружных температурах воздуха от -30 до -40 °С снижение температуры очищенной сточной жидкости составляло всего 1 - 2 °С при начальной температуре очищаемой воды 10°С.

Единственным параметром, определяющим эффект очистки сточных вод по органическим загрязнениям, в биофильтре является нагрузка по БПК на единицу поверхности биообрастания в единицу времени - г БПК5/м² в сутки. По данным исследования МИСИ-МГСУ за долгосрочный период сточных вод различного происхождения и данным различных отечественных и зарубежных исследователей получена графическая зависимость и расчетная формула. Кратко, при нагрузках примерно: 5 г БПК5/м² в сутки эффект очистки составляет 95 %; 20 г БПК5/м² в сутки - 80 %; 80 г БПК5/м² в сутки - 50 %; далее по мере возрастания нагрузки по загрязнениям эффект очистки снижается очень медленно, достигая при нагрузках 140 - 240 г БПК5/м² в сутки постоянного уровня примерно 42 - 43 %. При больших нагрузках, к сожалению, провести исследования не удалось, а данные других исследователей не установлены.

Из проведенных исследований, очевидно, что биофильтры с плоскостным загрузочным материалом наиболее эффективны для грубой (предварительной) очистки сточных вод. При очистке сточных вод в несколько ступеней значительно сокращается требуемый объем загрузочного материала по сравнению с одноступенчатой схемой. Грамотное проектирование очистных сооружений с плоскостными биофильтрами позволяет значительно сократить, земельные площади, капитальные и эксплуатационные затраты.

Единственным недостатком при эксплуатации очистных станций биофильтрации (запроектированных по одноступенчатой схеме очистки) является сложность достижения необходимого эффекта очистки (при расчете станций на полную очистку) при изменении расчетного количества или качества сточных вод. Поскольку, как уже говорилось выше, нагрузку по органическим загрязнениям на единицу поверхности биообрастания, определяющую эффект очистки, можно регулировать только путем варьирования гидравлической нагрузки, которая может изменяться в узких оптимальных пределах.

Для устранения или минимизации недостатков описанных выше аэротенков и биофильтров были разработаны некоторые гибридные сооружения, например затопленные биофильтры, дисковые или погружные биофильтры, аэротенки с наполнителем в виде блочного, плавающего, ершового (нитевого) инертного материала - носителя активной дополнительной биомассы и др.[].

Возможен и другой технический прием для достижения соответствия составов сточной воды и активного ила и возможно даже для исключения регенерации и циркуляции возвратного активного ила в системе. Этот прием заключается в размещении в секциях аэротенка биологически инертного материала в качестве носителя прикрепленной биомассы. Это позволит не только добиться соответствия составов вследствие процессов автоселекции комплекса субстрат - активный ил, но и снизить потребление электроэнергии в результате отказа от рециркуляции, регенерации и некоторого снижения интенсивности аэрации. Также прикрепленный биоценоз позволит облегчить проблему вспухающего активного ила при резких колебаниях состава сточной жидкости и проблему наращивания необходимой концентрации активного ила на слабоконцентрированной сточной воде.

К недостаткам аэротенков можно отнести ценообразование на очистных сооружениях, принимающих сточные воды с высоким содержанием СПАВ или белков, отгонка в атмосферу летучей органики и микроорганизмов [].

Существует несколько технологических способов активации, от которых зависят конструкционные особенности активирующих резервуаров. Воздух подается в активаторы компрессором при тонком распылении воздушных пузырьков во всем объеме или же через поверхность воды механическим путем. Воздух перемешивает содержимое активирующих резервуаров, при этом кислород растворяется и создает аэрирующую среду для микроорганизмов активного ила. Расход воздуха зависит от эффективности очистки, концентрации активного ила и его биохимической активности. Для сточных вод кожевенной и меховой промышленности он составляет 30 мг воздуха на 1 м³ воды. При наличии пены перед биологической очисткой необходимо удалить танниды или же добавить пеногасители [].

На предприятиях обычно образуются несколько потоков сточных вод, загрязненных различными компонентами, которые, смешиваясь, могут образовывать опасные химические соединения.

Для очистки локальных (цеховых) потоков сточных вод предприятий любого профиля можно использовать модульно-кассетные биофильтры.

В зависимости от состава сточных вод биофильтр может трансформироваться. В корпусе, выведенном из рабочего состояния по технологическим показаниям, производится легкая замена фильтрующего материала без остановки процесса очистки.

Биологическая пленка на загрузочном материале корпуса, выведенного из рабочего режима, может служить резервом адаптированной биопленки, которая вводится в работу по аналитическим и технологическим показателям очистки.

Благодаря пространству между корпусами обеспечивается интенсивный доступ кислорода воздуха к загрузке снизу, что способствует эффективному окислению загрязнений по всему объему. Отсутствие принудительной системы аэрации и рециклинга удешевляет процесс очистки.

Оптимальная высота загрузки предотвращает нежелательный процесс заиливания, что увеличивает время работы биофильтра, исключает трудоемкий процесс замены и подбора загрузочного материала по вышеуказанной причине.

Эффективная аэрация и достаточность питательного субстрата (загрязнений) в сточных водах приводит к нарастанию активной массы биопленки на загрузке во всех корпусах. В биофильтре предлагаемой модели отсутствуют зоны развития анаэробных микроорганизмов, отравляющих продуктами своей жизнедеятельности аэробную микрофлору, т.е. протекают только аэробные процессы окисления.

Основное преимущество модульно-кассетного биофильтра заключается в том, что после прохождения воды через загрузку очередного корпуса степень ее очистки повышается.

Увеличение числа корпусов приводит к кратному увеличению активной площади биофильтрации, а, следовательно, к интенсификации процесса очистки.

Экспериментальные данные подтверждают универсальность биологической очистки на модульно-кассетном биофильтре сточной воды с повышенной концентрацией органических загрязнений без предварительного разбавления. Благодаря регулированию процессов ввода и вывода корпусов появляется возможность управлять режимами нагрузки по массе загрязнений (БПК) и объему сточных вод на единицу массы биопленки, предотвращая вынос ее избыточной массы и проскок неокисленных загрязнений.

Корпусная структура биофильтра позволяет комбинировать и совмещать различные методы очистки: механические и биохимические, адсорбцию и биосорбцию, физико-химические, доочистку на мелкопористом материале.

Предлагаемый биофильтр можно применять для локальной очистки производственных стоков любого состава перед сбросом их в канализацию или повторным использованием в технологическом процессе. []

Биологический способ очистки сточных вод активным илом

Эффективность очистки активным илом зависит от морфологии хлопьев, их величины, формы и поверхности, от химического и микробиологического состава этой гетерогенной культуры. Характерной особенностью активного ила является биохимическая активность.

При активации основными процессами являются биохимическое разложение и удаление органических веществ из сточных вод. Поэтому эффективность активации можно оценивать на основе кинетики удаления органических веществ. Кроме биохимических процессов, на активном иле протекают также процессы адсорбции, которые зависят от свойств поверхности ила и состава сточных вод. На эффективность очистки также влияют коагулирующие свойства активного ила. Важным свойством активного ила является биофлокуляция гетерогенной культуры. Развитие и интенсивное использование активации приведет, вероятно, к использованию технических монокультур для получения активного ила [].

Активный ил возникает самопроизвольно при аэрации. Его оптимальное количество зависит от способа аэрации, вида загрязнения сточной воды и конструкционных особенностей активирующих резервуаров. За расчетную принимается концентрация 2—6 г/л, поэтому из аэрируемой системы необходимо удалять избыточный ил, а его необходимую концентрацию постоянно поддерживать. Сточные воды из аэрационной системы вместе с активным илом подают в отстойники и после осветления спускают в водоем.

Биологическую очистку сточных вод можно производить в окислительных канавах, представляющих собой пруды в виде трека с одним или несколькими вращающимися поверхностными аэраторами. Окислительная канава легко эксплуатируется; расходы на ее строительство и эксплуатацию небольшие. По эффективности этот способ очистки можно отнести к процессам, основанным на использовании активного ила и аэрированных прудов [].

Комбинированная технологическая схема очистки сточных вод

Технология предназначена для очистки сточных вод кожевенных и меховых предприятий, основными загрязнителями которых являются сульфиды, хром (Ш) и хром (VI), СПАВ, жиры и другие органические загрязнения, а также взвесь минерального и органического происхождения. Технология основана на использовании механических, физико-химических и биологических методов. Удаление токсичных и взвешенных веществ обеспечивается использованием минеральных и органических коагулянтов, получаемых на месте использования по специально разработанной технологии. В качестве минерального коагулянта используется сернокислое железо (электрогенерированный железосодержащий коагулянт). В качестве органического реагента используются высокомолекулярные органические соединения. Трудноокисляемые органические соединения удаляются в результате биологической доочистки в биореакторе с инертной загрузкой. При применении разработанной технологии гарантируется достижение следующих показателей по степени очистки сточных вод: ХПК - 90-95 %, БПК5 - 85-90 %, взвешенные вещества - 95-98 %, соединения хрома (Ш), сульфиды, фенолы - 99,5-99,9 %, аммонийный азот - 85-88 %. Объем образующегося осадка после обезвоживания составляет до 5 % от объема обработанной воды. Комбинирование биологических и физико-химических методов позволяет повысить качество очищенной воды до норм ПДК и в 2-3 раза снизить количество реагентов на стадии физико-химической очистки. Гарантируется отсутствие вторичного загрязнения очищенных сточных вод [].

Биологическая очистка имеет ряд важных преимуществ перед другими методами. Микроорганизмы осуществляют полную деструкцию загрязнения до газообразных продуктов и воды, обеспечивая тем самым круговорот элементов в природе. Таким образом, при биологической очистке в отличие от других способов не происходит концентрации загрязнении или перевода их в другую форму. В то же время биологические методы наиболее экономичны, так как за исключением основных капиталовложений почти не требуют расходов во время эксплуатации сооружений, а главный действующий компонент биологической очистки – активный ил самовоспроизводится [].



biofile.ru

Биологическая очистка сточных вод: сооружений, доочистка

С каждым годом окружающая среда загрязняется большими темпами. Человечество нуждается в эффективных системах быстрой очистки водоемов.  Главный источник загрязнения  окружающей среды – производственные сточные воды. Они изменяют жизнь гидробионтов, а соответственно и качество воды.

Большинство водоемов невозможно использовать для санитарно-бытовых и рыбохозяйственных нужд. Водоочистка стоков предприятий и водоподготовка для их дальнейшего использования стоит на первом месте. Основная проблема очистки – большое разнообразие примесей различного химического и биологического состава. Их разнообразие растет с развитием новых материалов и технологий. Популярным способом очистки является биологическая очистка производственных сточных вод на основе активного ила. Симбиотические иловые культуры выделяют технический кислород, необходимый для биологического окисления. За последнее десятилетие аэрационное оборудование подверглась значительной модернизации, которая повысила его производительность в несколько раз. Однако в биологической очистке сточных вод существует ряд нерешенных проблем. Народное хозяйство остро нуждается в их решении.

Процессы биологической очистки

Биологический метод очистки воды

Методы биологической очистки основаны на работе системы сточная воды — активный ил. Она имеет сложную структуру с несколькими уровнями. В основе биологической очистки сточных вод лежит реакция окисления в результате ряда процессов. Начинается все с низшего уровня – обмена электронов между атомами, а заканчивается сложным биоценозом. Активный ил состоит из множества различных популяций простейших организмов, находящихся в динамическом равновесии. Оно допускает малое отклонение концентрации в активном иле определенных видов.

Сооружения биологической очистки

Биологическая очистка сточных вод может проходить как в природных условиях, так и в искусственно созданных человеком.

Природная очистка включает:

• Фильтрующие колодцы при низком потреблении воды – до 1 кубического метра за сутки. Загрузкой является природный грунт местного происхождения.
• Поле для подземной фильтрации используют при потреблении воды более 15 кубометров в сутки. Фильтрующей массой является местный грунт.
• Поле фильтрации эффективно при потреблении воды до 1,4 тысячи кубических метров. Загрузкой является местный грунт.
• Траншеи для фильтрации, песчано-гравийные фильтры могут пропускать от 15 кубометров воды. Для организации очистных сооружений используют систему из привезенного грунта. Актуальны в условиях низкой водной проницаемости местных пород.
• Фильтрующие кассеты способны перерабатывать до 6 кубометров воды за сутки. Используют при низкофильтрующих грунтах с пропускной способностью меньше 0,1 кубометра в сутки.
• Циркуляционно-окислительные каналы пропускают от 100 до 1,4 тысячи кубометров воды за сутки.
• Биологические пруды могут иметь естественную или искусственную подачу кислорода и фильтруют около 1,4 тысячи кубометров воды.

Сооружения биологической очистки используют в определенных условиях:

• средняя температура воздуха более 10 градусов;
• грунтовые воды должны залегать на глубине большей метра от поверхности;
• должно быть обеспечение нужной площади для возведения требуемых сооружений.

Если не соблюдается температурное требование в течении всего года, то прибегают к сезонной эксплуатации очистных станций.

Естественная биологическая очистка на основе грунта не всегда возможна. Часто санитарные условия, особенности местного климата и грунта не позволяют обеспечить требуемые условия для качественной очистки. Прибегают к искусственной биологической очистке сточных вод. К подобным сооружениям относят:

• биофильтраторы;
• биодисковые фильтры;
• биофильтры на основе пеностекла и пластмасс;
• биореакторы;
• аэрационные установки с полным окислением;
• аэрационные установки на основе аэробной стабилизации лишнего активного ила.

Биофильтры на основе пеностекла и пластмасс

Фильтр для воды Filter 1

Данный тип биофильтров особенно эффективен при небольших расходах воды и большом содержании органических веществ. Основные достоинства: простота и удобства в использовании, быстрая очистка в течение 0,5 часа.

Традиционными вариантами биофильтров является загрузка из керамзита и щебня. Пеностекло придает ряд преимуществ сооружениям биологической фильтрации. В первую очередь это строительный материал для обеспечения теплоизоляции. Пеностекло обладает высокой прочностью; хорошо противостоит влаге, пару и газу; не поддается воздействию продуктов разложения и кислот; выдерживает высокие и низкие температуры. Активная площадь для адсорбции может достигать 200 квадратных метров на кубометре. Благодаря большому количеству пор пеностекло может удерживать большую поверхность биопленки. Очистка происходит быстро и эффективно. Вода с помощью оросителя разбрызгивается по всей поверхности биофильтра.

Пластмассовая загрузочная масса моет быть трех видов:

• жесткая – части труб;
• жестко-блочная – пластмассовые листы плоской и гофрированной формы;
• мягкая – пластмассовые пленки.

Благодаря использованию пластмассовой загрузки достигается увеличенная активная поверхность и повышенная пустотность. Биопленка плохо сцепливается с поверхностью, что провоцирует организацию только тонкого слоя.

Пластмассовые биофильтры не заиливаются – достигается максимальный приток кислорода для окислительных реакций.

Однако у них есть свои минусы:

• вода поступает неравномерно, что негативно сказывается на работе аэротенков;
• биопленка местами может высыхать;
• разность температур в биопленки;

Для ликвидации перечисленных недостатков очистки отфильтрованные сточные воды повторно переганяют через биофильтры. Рециркуляция воды требует дополнительную энергию.

Биодисковые фильтры

Биодисковые фильтры используют при загрузке до 1 тыс. кубометров воды. Фильтрующей массой служит синтетический материал с низкой плотностью в форме дисков. Фильтры состоят из множества секций с движущейся загрузкой. Диски закреплены на горизонтальном волу с дистанцией в 20 мм. В штатном режиме работы диски погружают в воду на 40-45%, но бывает и более. Размер дисков определяет производительность сооружения.

Биодисковые фильтры фильтруют воду следующим образом: перфорированная поверхность вращающихся дисков покрыта биопленкой, а в создаваемых гидродинамических условиях отторгнутая биопленка работает с прежней производительностью. Таким образом, наблюдается два режима работы одновременно: закрепленного биоценоза и активного ила. Кислород для микроорганизмов поступает из атмосферы. Время очистки в биодисковых фильтрах равняется 1-1,5 часа, а в обычных аэротенках – 6 часов. К тому же этот вид биохимической очистки сточных вод  не требует больших площадей, легко переносит перемены в нагрузке и потребляет мало электроэнергии.

Биодисковые фильтры имеют от 3 до 6 секций. Максимальная нагрузка идет на первые два диска. Нитрификация и понижение концентрации азота начинает происходить в третьей секции и продолжается в остальных.  Достигнутый результат превосходит классические аэротенки на 40%. Иногда назначают дополнительную доочистку от азотистых солей.  Биопленка удаляется с помощью гравитации.

Биофильтраторы

Схема Биофильтратора

Биофильтраторы используются при низком потреблении воды – до 600 кубометров. В процессе биологической очистки сточных вод удаляются разнообразные загрязнения в любой концентрации. Сооружения стоят не много и потребляют мало электроэнергии. Плюсами являются простата в использовании и отсутствие особого ухода.

В биофитраторах предусмотрено две зоны: сорбционная и осветление. В сорбционной зоне вращаются диски из пористого материала (пенопласта) с помощью мотора-редуктора. Разделительная перегородка имеет специальные отверстия для перелива жидкости и взвешенной биопленки. В зоне осветления активный ил оседает и отсасывается назад в сорбционную зону, что обеспечивает обмен биомассой. Отфильтрованную воду выводят из биофильтратора.

Для усиления биопроцессов используют струйную аэрацию. В этом случае мотор-редуктор уже не нужен. Метод эффективен при очистки воды больших объемов и высокой степенью загрязнения БПК.

Биореакторы

Биореакторы представляют собой многоступенчатую установку с движущимися барабанами. Производительность этого типа сооружения от 50 до 700 кубометров в сутки.

Они состоят из каскада цилиндрических емкостей, объединенные в систему сообщающихся сосудов. Вода самотеком проходит по патрубкам.  Что бы обеспечить равномерную подачу воды, в первом поддоне предусматривают специальный карман с щелевым переливом.  Очищенная жидкость собирается в сборном канале после последней емкости.

Каждая емкость загружена волокнистым барабаном для закрепления биопленки. Он достаточно легкий и может легко вращаться для естественной аэрации. Для обеспечения движения всех барабанов достаточно одного привода. На дне емкостей предусмотрены сборно-отводящие каналы для сбора осадка. Он собирается со всех бункеров и подвергается обезвоживанию. В низу биореактора установлены перфорированные трубы для восстановления ершей методом барботирования.

Использовать биореакторы могут даже неквалифицированные работники. На их работу не влияет степень загрязнения сточной воды органическими веществами.

Аэротенки

Аэроционные установки эффективны в небольших населенных пунктах. Существует два вида аэрационных установок:

• с полным окислением;
• со стабилизацией лишнего активного ила.

Оба вида хорошо зарекомендовали в любых климатических условиях, на любом грунте и гидрогеологических показателях. Они не нуждаются в большой площади для сооружений.

Схема очистного сооружения с доочисткой в аэротенках

Аэрационные установки с полным окислением

Позволяют полностью очистить стоки. Окончательное кисление достигается в 3 этапа:

1. большая концентрация органических примесей сточной воды обеспечивает активный рост микроорганизмов;
2. количество органики снижается, что ограничивает рост микроорганизмов; можно наблюдать зависимость между увеличением активного ила и оставшейся органикой;
3. размножение микроорганизмов сокращается из-за дефицита органики; микроорганизмы начинают перерабатывать отмершие организмы – происходит минерализация активного ила.

Общий прирост ила незначительный в процессе всего окисления. Его забирают в среднем через 2-3 месяца.

Существуют компактные установки  (КУ) в виде одного металлического блока. Это небольшой аэротенко-отстойник с принудительной циркуляцией активного ила. Пропускная способность установок 12 и 25 кубометров в сутки. Они оснащены щитами для защиты от низких температур зимой.

Аэрационные установки со стабилизацией излишков активного ила

Под аэробной стабилизацией понимают окисление органики при принудительной подаче кислорода. Кинетически процесс схож с окислением в аэротенках. Производительность не превышает 1,4 тыс. кубометров воды за сутки. При незначительно концентрации загрязнений процесс очистки не занимает много времени и труда. Используют механическую и пневматическую аэрацию. Затрудняют очистку токсичные и агрессивные вещества, которые плохо окисляются. Основные достоинства этого метода:

• простая конструкция сооружений;
• нет вероятности взрыва;
• отличные санитарно-гигиенические показатели4
• возможно автоматизация процесса;
• простое обслуживание.

Переработка осадка

Осадок перерабатывается в аэробных условиях без подачи кислорода. Органические вещества разлагаются благодаря работе аэробных микроорганизмов. Примерами могут быть:

• биотуалеты для домов;
• септики;
• отстойники и осветлители с двумя ярусами – перегниватели.

В септиках и перегнивателях сточные воды отстаиваются и обрабатывается осадок.

Если обеспечена подача кислорода, то органика в осадке окисляется:

• аэротенки;
• аэробные стабилизаторы.

Доочистка сточных вод

Фильтрующие колодцы

Фильтрующий колодец

Естественная биологическая очистка не нуждается в дополнительной доочистки. Если фильтрующие колодцы правильно построены и работают, то санитарная обстановка вокруг сооружения удовлетворительна.

Фильтрующие колодцы и биологические пруды используются для доочистки в некоторых технологиях. Они расположены за сооружениями биологической очистки.

Биологические пруды

Биологические пруды могут иметь искусственную или естественную подачу воздуха. Концентрация органики снижается до 5 мг/л. Они просты, надежны и экономичны.

Если отсутствует возможность постройки биологических прудов, то прибегают к искусственным способам доочистки стоков.

Фильтры с зернистой загрузкой

Бывают двух видов:

• гравийные;
• каркасно-засыпные.

Загрузочный материал расположен по убывающей зернистости. Используемый материал не является дефицитным и расположен на многих районах. Каркас и фракцию засыпки подбирают так, что бы зерна свободно поступали в каналы.  В верхних слоях сточные воды очищаются от взвесей, а в нижних происходит тонкая очистка. Для песчаных фильтров нужно сооружение большого объема.

Намывные фильтры и микрофильтры

Микрофильтры состоят из сеточного металлического барабана. Очистка БПК до 30%, а взвешенных примесей – до 70%.

Намывные фильтры – емкость с монтированными сетчатыми элементами. Фильтрующий материал намывается на сетки и очищает воду. Сточная вода после намывных фильтров схожа по составу с речной.

Заключение

Метод очистки выбирается по следующим показателям:

• ежедневное потребление воды;
• неравномерность подачи сточной воды;
• период работы очистных станций: сезонно, целый год;
• система канализации;
• средняя концентрация органики, фосфатов и азота;
• требования к очищенной воде;
• местные условия расположения очистных сооружений.

В начале, следует выбирать естественные методы очистки – они самые экономичные. Очистные станции должны полностью очищать и обезвреживать воду для ее дальнейшего беспроблемного использования.

vse-o-vode.ru

Биологическая очистка сточных вод

Содержание

Введение

1. Описание технологического процесса и технологический схемы

2. Смесители

3. Аэротенки I ступени

4. Качественные характеристики и параметры, влияющие на биологическую очистку стоков

4.1 Доза ила

4.2 Иловый индекс, зольность ила

4.3 Кислородный режим

4.4 Биогенные элементы

4.5 Динамика ила

5. Токсичные вещества и вещества, замедляющие процесс биохимической очистки

6. Вторичные радиальные отстойники

Введение

Биохимические очистные сооружения (далее БОС) служат для биохимической очистки и доочистки нефтесодержащих стоков от групп предприятий: ОАО «УНПЗ», ОАО «НУНПЗ», ОАО «Уфанефтехим», ОАО «Уфаоргсинтез», ТОО «Энергия», нефтеперекачивающей станции «Черкассы», хозфекальных стоков АО «Башгазавтоматика», хозфекальных и замазученных стоков ТЭЦ-4, хозфекальных стоков предприятий, положенных поблизости ОАО «Уфанефтехим».

Сточные воды 1-ой и 2-ой системы, смешиваются в смесителях, проходят двухступенчатую биохимическую очистку и доочистку на узле флотационной очистки и биологических прудах, сбрасываются в реку Белая и частично используются в качестве подпитки оборотных систем. Для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов предусмотрена подача биогенных добавок (фосфор) и сжатого атмосферного воздуха.

Установка БОС введена в эксплуатацию в 1958 году.

Техно-рабочий проект биохимических очистных сооружений (БОС) разработан проектным институтом «Укрводоканалпроект». Привязка объектов БОС к общезаводскому хозяйству выполнена институтом «Башгипронефтехим».

В 1983 г. в схему установки БОС после третичных радиальных отстойников (ТРО) привязана установка напорной флотации. Установка напорной флотации предназначена для полного удаления из сточных вод отворенных органических загрязнений (нефти и нефтепродуктов), взвешенных веществ, коллоидных органических загрязнений и частичного удаления растворенных органических соединений.

1. Описание технологического процесса и технологической схемы

Биохимическая (биологическая) очистка сточных вод от загрязняющих веществ производится микроорганизмами активного ила в присутствии кислорода воздуха в специальных сооружениях. Основными сооружениями, где происходят процессы аэробного (в присутствии кислорода воздуха) окисления загрязнений являются аэротенки I и II ступеней очистки. Микроорганизмы активного ила (более 200 видов бактерий, грибы, простейшие микроорганизмы типа коловраток, амеб, червей) в процессе своей жизнедеятельности окисляют сложные органические соединения загрязняющих веществ до простых соединений (СО2, N2 ). Окисление (очистка) загрязнений происходит под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами активного ила и кислорода воздуха. Для проведения процесса очистки сточные оды смешиваются с активным илом в аэротенках I и II ступеней. Для разделения ила от стоков предусмотрены вторичные и третичные радиальные гравитационные отстойники. Отделенный от стоков активный ил насосами (эрлифтами на II ступени) снова возвращается в систему (аэротенки), т.е. постоянно циркулирует по замкнутому контуру. Избыточный активный ил периодически выводится из системы на утилизацию. БОС представляет собой сложный комплекс сооружений, каждое из которых выполняет определенные функции.

Флотационная очистка сточных вод. Сущность напорной флотации включается в растворении в сточной воде воздуха под давлением и последующем выделении его при пониженном давлении в виде мельчайших пузырьков, осуществляющих подъем пеношлама. Пена с поверхности флотаторов собирается лопастями пеносборного механизма в пеносборный лоток и отводится в приемную емкость, далее на ПРО-1,2 или на иловые площадки.

2. Смесители

Первыми сооружениями в цепочке сооружений биохимической очистки стоков, принимающими и смешивающими стоки различного состава загрязнений, являются смесители С-1, С-2, С-3.

Смеситель С-1 принимает:

- химзагрязненные (кислые) стоки ОАО «Уфанефтехим» в количестве 270 м3/час по трубопроводу Ду-400мм. Расход регистрируется ром FIR 11. Предусмотрена возможность перепуска их в буферный пруд.

- химзагрязненные (щелочные) ОАО «Уфаоргсинтез» в количестве 250 м3/час по трубопроводу Ду-300мм. Расход химзагрязненных стоков ОАО «Уфаоргсинтез» регистрируется прибором FIR 12. Предусмотрена возможность перепуска их в буферный пруд.

Для улучшения процесса смешения стоков в смеситель С-1 подается воздух. Удельный расход воздуха равен 2м3 на 1м3 стоков. В смесителе

происходит нейтрализация кислых стоков с рН 4-5 со щелочными с рН 10 до нейтральной среды (рН 6-7,5).

Из смесителя С-1 химзагрязненные стоки поступают в 4 параллельно работающие усреднители У-1,2,3,4.

Сюда же поступают:

а) промстоки производства ВЖС ОАО «Уфанефтехим» в количестве 40 м3/час по трубопроводу Ду-500мм (схемой предусмотрена возможность подачи стоков в любой из усреднителей). Имеется возможность перепуска их в буферный пруд;

б) промстоки нефтеперекачивающей станции «Черкассы» в количестве 40 м3/час по трубопроводу Ду-200мм (поступают в усреднители №1,2). Регистрируется прибором FIR 101. Имеется возможность перепуска этих стоков в буферный пруд.

В усреднителях, также как в смесителе С-1, происходит взаимная нейтрализация и окисление легкоокисляемых органических загрязнений кислородом воздуха, подаваемым от воздуходувной станции по трубопроводу Ду-ЗООмм. Удельный расход воздуха 15 м3 на 1 м3 стоков.

Из усреднителей У-1,2,3,4 химзагрязненные стоки поступают по трубопроводу Ду-800мм в первичные радиальные отстойники ПРО-1,2 диаметром 28м и объемом 1970 м3 каждый.

Первичные радиальные отстойники предназначены для осаждения шлама и взвешенных веществ из стоков. Шлам в отстойниках собирается шоковым механизмом к центру отстойника, откуда насосами Н-22, 23, установленными в здании станции нейтрализации, откачивается в шламонакопитель.

Осветленные стоки из ПРО-1,2 по железобетонному лотку 600х800мм

поступают через камеру гашения (КГ) в смеситель С-2.

Смесители С-2 и С-3 работают параллельно и принимают:

а) промстоки ОАО «Уфанефтехим» совместно со стоками ТЭЦ-4 в количестве 1210 м3/час по трубопроводу Ду-800мм. Расход стоков регистрируется прибором FIR 38;

б) условно-чистые стоки ОАО «Уфаоргсинтез» в количестве 600 м3/час трубопроводу Ду-6ООмм. Расход стоков, поступающих в смеситель С-2, регистрируется прибором FIR 505;

в) промстоки ОАО «УНПЗ» (стоки ЭЛОУ) в количестве 360 м3/час, которые первоначально поступают в приемную камеру стоков ЭЛОУ при буферных прудах БОС, отстаиваются и насосами Н-1,4, расположенными в насосной станции нефтесодержащих стоков (ННСС), подаются в смесители С-2, С-3 по трубопроводу Ду-500мм. Расход стоков ОАО «УНПЗ» регистрируется прибором FIR 314;

г) промстоки ТОО «Энергия» в количестве 45 м3 /час по трубопроводу Ду-150мм. Расход стоков регистрируется прибором FIR 20.

д) усредненные стоки с буферных прудов насосами Н-1,3,4,5 , расположенными в насосной нефтесодержащих стоков, подаются в смесители С-2, С-3 по двум трубопроводам Ду-700мм. и Ду-500мм, Расход стоков в смесители С-2, С-3 регистрируется приборами FIR 56.1, FIR 56.2, PIR 2000 и FIR 3000 соответственно.

е) хозяйственно-фекальные стоки в количестве 100 м3/час. Расход приравнивается количеству потребленной хозяйственной питьевой воды.

Смесители С-2, С-3 служат для перемешивания стоков воздухом, подаваемым из воздуходувной станции в соотношении 2м3 на 1м3 стоков, пребывания стоков в смесителе С-2 - 15мин., количество подаваемого воздуха - 4240 м3/час. Время пребывания стоков в смесителе С-3 - 40мин., количество подаваемого воздуха - 4240 м /час. Необходимое количество фосфора для оптимального хода процесса биохимического окисления органических загрязнений и поддержания жизнедеятельности активного ила поступает с химзагрязненными стоками ОАО «Уфаоргсинтез». При недостатке фосфора в смесители С-2, С-3 подается 10% раствор Са (Н2РО4)2.

10% раствор суперфосфата готовится в здании биогенных добавок и самотеком подается в смесители С-2, С-3. Смешивание раствора производится воздухом, подаваемым от воздуходувной станции.

Сточные воды из смесителей С-2, С-3 по самотечным трубопроводам подаются в два параллельных аэротенка I ступени (A-I-1, A-I-2) с количеством стоков на каждый аэротенк 2120 м3 /час. Кроме того, в аэротенк поступают промстоки ОАО «НУНПЗ» в количестве 1400 м3/час, которые первоначально поступают в приемную камеру насосной "KSB", откуда насосами Н-1,2,3 марки KRTK 200-401/135x01 откачиваются в смеситель аэротенка A-I-2 по двум трубопроводам Ду-500мм и Ду-600мм ври поступлении стоков с показателями, превышающими допустимые нормы загрязнения, насос останавливается; при этом стоки самотеком через стокоотводной стакан по трубопроводу Ду-1200мм направляются в буферный пруд). Расход стоков, откачиваемых насосами Н-1,2,3 регистрируется приборами FIR-500.1, FIR-500.2. Имеется возможность подачи промстоков ОАО «НУНПЗ» на аэротенки II-1-6 (минуя 1 ступень) по трубопроводу Ду-1000мм, путем открытия задвижки Ду-1200мм. Имеется возможность подачи промстоков ОАО «НУНПЗ» в смеситель аэротенка A-I-1, путем открытия задвижки Ду-300мм. Имеется возможность приема стоков с автоцистерн в смеситель №3 от отдельных организаций согласно договоров на прием стоков на очистку. Прием стоков осуществляется по устному или письменному разрешению начальника сервисного производства ОАО «Уфанефтехим». Прием осуществляется путем слива стоков самотеком из автоцистерны в смеситель №3, верх которого расположен на отметке асфальтированной площадки. Перед приемом стоков из автоцистерны проводится экспресс-анализ лабораторией на содержание характерных токсичных веществ и основных загрязнителей от данного абонента. При наличии превышения предельно допустимой концентрации хотя бы по одному токсическому веществу или многократному превышению по основным загрязнителям, указанных в договоре на прием стоков, прием стоков не производится, результаты экспресс-анализов сообщаются начальнику сервисного производства (ведущему инженеру сервисного производства) для принятия решения. При положительных данных экспресс-анализа производится прием стоков с записью в вахтовом журнале и составлением 2-х стороннего акта представителями абонента и ИТР участка ОС. В акте указывается организация - абонент, количество сточных вод, дата и время приема, данные экспресс-анализов, Ф.И.О. ответственных лиц с каждой стороны. Один экземпляр акта передается абоненту, другой экземпляр передается в отдел охраны окружающей среды сервисного производства ОАО «УНХ». Данные экспресс-анализов также фиксируются в журнале анализов сточных вод лаборатории ООС.

mirznanii.com

Биологическая очистка сточных вод — Septikland

Вода, кислород, микроорганизмы и время – вот секрет самоочищения планеты. В 70-х годах прошлого столетия, когда угроза экологической катастрофы приобрела вполне реальные очертания, ученые — биологи занялись исследованиями процессов, происходящих в обыкновенном торфовом болоте.

Смоделировав изученные реакции в лабораторном комплексе, они получили первую, пусть пока дорогую и неэффективную установку по биологической очистке сточных вод.

В данной статье мы поговорим об основных принципах биологической очистки, применяемых методах и конструкторских решениях.

Фото: станция биологической очистки сточных вод

Процесс питания любого живого организма сводится к расщеплению органики на элементарные «кирпичики», которые в последствии используются для «строительства» собственного тела. Мясо разлагается на простые белки и аминокислоты, идущие на постройку новых клеток, углеводы при расщеплении дают массу энергии.

Органика, входящая в состав сточных вод является прекрасной питательной средой для большого количества микроорганизмов. В процессе своей жизнедеятельности, колония микроскопических существ разлагает сложные органические соединения до уровня элементарных белков, обрывков цепочек ДНК и аминокислот.

Получившийся «строительный» материал стимулирует усиленное деление микроорганизмов, тем самым взрывообразно увеличивая численность колонии.

Отмершие части колонии и не переработанная органика выпадает на дно водоема безвредным илом. Одновременно, происходит очищение стоков от ядовитых для большинства живых существ, сложных органических соединений.

Существенным преимуществом данного метода очистки, является его полная саморегулируемость. При уменьшении процентного содержания органики в стоках, прекращается рост колонии, в некоторых случаях имеет место даже уменьшение количества микроорганизмов.

До конца 80-х годов прошлого столетия биологическое разложение органики являлось лишь одной из ступеней мощных очистных сооружений, обслуживавших крупные города и мощные предприятия пищевой промышленности.

На непригодных для сельскохозяйственного использования землях, вдали от населенных мест, выкапывались так называемые биопруды.

Прошедшие стадию механической очистки, избавленные от крупных включений и частично осветленные, сточные воды попадали в стоячий водоем, населенный определенными видами микроорганизмов.

Органические примеси разлагались на протяжении нескольких суток, безвредный ил и мелкая взвесь из песка и земли осаживалась на дно. Чистая вода медленно просачивалась в грунт, начиная новый этап круговорота.

Более простым, но менее эффективным, был метод использования инфильтрационных полей. Сброс предварительно очищенных стоков проводился на затопляемые луга, площадью до десяти гектаров.

Вода очищалась от примесей и органики, фильтруясь через слои грунта. Минусом такого метода было довольно короткое время использования полей. Грунт заиливался, фильтрационные свойства ухудшались, вода застаивалась, и местность превращалась в болото.

Современная станция биологической очистки выглядит совсем по-другому. Дефицит свободных площадей сильно сократил количество открытых инфильтрационных полей и биопрудов.

Ученные всего мира, беспокоясь о стабильности экологической ситуации, бросились на поиск альтернативных методов биологической очистки. Спустя несколько лет выход был найден.

Модификации септика Упонор и их технические характеристики, подробно описаны в статье: септик Упонор.

Что делать, если течет бачок унитаза через перелив, смотрите здесь.

Аэробная биологическая очистка

Для реализации данного метода используются микроорганизмы, нуждающиеся в кислороде для поддержания своей жизнедеятельности.

Аэробный биореактор или аэротенк, представляет собой металлическую или бетонную емкость большого объема.

На некотором расстоянии от дна располагаются сита или «елочки», выполненные из полимерного материала. Они служат основой для колоний аэробных микроорганизмов.

По дну аэротенка проложены трубы, снабженные мелкими отверстиями – аэраторы. Проходящий по ним воздух насыщает сточные воды кислородом, создавая благоприятные условия для роста колоний микроорганизмов.

Реакция разложения (окисления) органики сопровождается выделением большого количества энергии, которая может существенно повысить температуру внутри аэротенка.

Сложная электронная система следит за температурой, поддерживая оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов.

Миниатюрные версии «взрослых» аэротенков получили широкое распространение при конструировании септиков – локальных очистных сооружений, используемых в загородных домах и на дачных участках.

Фото: аэробный биореактор

Анаэробная

Анаеробные биореакторы, или метантэнки, представляют собой герметичные конструкции из металла или бетона, в которых обитают микроорганизмы, для поддержания жизнедеятельности которых не требуется кислород.

Реакция разложения сложных органических соединений практически не сопровождается увеличением колонии, выброс энергии так же отсутствует.

Система контроля параметров среды обитания не нужна, что существенно удешевляет конструкцию.

Важно! Однако, во всей бочке меда должна быть ложка дегтя. Работа метантэнка сопровождается выбросом большого количества горючего газа метана.

Это свойство накладывает определенные ограничения на использование анаэробного метода биологической очистки.

Метантенки можно строить только на ровной хорошо продуваемой площади, по периметру которой устанавливаются газоанализаторы, подключенные к системе пожарной сигнализации.

Анаэробные реакторы, так же, как и аэробные, широко используются в систелах локальной очистки сточных вод.

Фото: анаэробные реакторы

Следует четко понимать, что биореактор, будь то аэротэнк или метантэнк – всего лишь одна из ступеней в сложной системе очистки сточных вод. Представим себе условную очистную станцию.

Сточные воды, сильно загрязненные как крупными органическими так и неорганическими включениями (камнями, песком, ветками, синтетическими материалами) поступают в первичную камеру-отстойник.

В ней происходит предварительная очистка гравитационным методом. Большинство включений, чей удельный вес больше веса воды оседают на дно.

Инструкция по эксплуатации септика Тверь, есть в статье: септик Тверь.

О насосах дренажных фекальных можно узнать в этой статье.

Ориентировочные цены канализационных железобетонных колодцев, смотрите здесь.

Частично осветленные стоки попадают во вторую камеру, где проводится насыщение воды кислородом и дробление крупных органических включений. Некоторые станции оснащены металлическими «елочками» и решетками, задерживающими синтетические волокна, полиэтилен и прочие, трудно разлагаемые материалы.

Насыщенные кислородом стоки поступают в камеру биореактора, в которой проходит процесс разложения содержащейся в воде органики. Последняя камера служит для финальной гравитационной очистки.

На дне, как правило, имеется известковая засыпка, эффективно связывающая химически активные элементы. На выходе может стоять дополнительный биофильтр, увеличивающий степень очистки до 98-99%.

Фото: схема очистных сооружений сточных вод

На эту тему можно написать, как минимум, кандидатскую работу.

Поэтому, чтобы не утомлять читателя, тезисно опишу основные преимущества данного метода:

• дешевизна. Расчетная стоимость очистки одного кубического метра стоков намного ниже, нежели у станций с химическим и механическим методом;
• надежность. После запуска станция не требует регулярной закупки расходных материалов;

Колонии микроорганизмов, являясь живыми существами, самовоспроизводятся и, теоретически, не нуждаются в замене. Практически, замену надо проводить раз в 5-6 лет.

• экологичность. В отличии от станций с химическим методом очистки. Не приходится думать об утилизации отработанных реагентов;
• высокая степень очистки сточных вод. В процентном отношении это можно выразить числом 99%, в бытовом скажу так – воду на выходе из станции можно пить

Фото: вода на выходе из станции

А как же этот процесс происходит в природе? Загрязненные стоки, попав в рельеф местности, просачиваются в грунт, отфильтровывая при этом твердые и крупные органические включения.

Особенно эффективно в качестве фильтра работают песчаные грунты. Задержанные в процессе фильтрации сложные органические включения разлагаются присутствующими в почве бактериями, земля самоочищается.

Если вместо песка стоки попали на глинистый участок, образуется естественный биопруд. Воды осветляются методом гравитационного отстаивания, а выпавшая на дно органика со временем разлагается анаэробными микроорганизмами.

Конечно, процесс биологической очистки, протекающий естественным путем, может занять несколько лет, но протяжении которых земля будет отравлена и непригодна к использованию.

septikland.ru

ОБЗОР МЕТОДОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

ОБЗОР  МЕТОДОВ  БИОЛОГИЧЕСКОЙ  ОЧИСТКИ  СТОЧНЫХ  ВОД

Максимов  Сергей  Павлович

магистрант,  канд.  техн.  наук,  доцент  Южно-Уральский  государственный  университет,  РФ,  г.  Челябинск

Е -mail: 

Алексеев  Иван  Андреевич

студент,  филиал  Южно-уральского  государственного  университета  в  г.  Златоусте,  РФ,  г.  Златоуст

Е -mail:  [email protected]

 

OVERVIEW  OF  BIOLOGICAL  METHODS  OF  SEWAGE  REFINING

Sergey  Maksimov

postgraduate,  PhD  in  Technical  Sciences,  associate  Professor

South  Ural  State  University,  Russia,  Chelyabinsk

Ivan  Alekseev

student,  South  Ural  State  University,  Zlatoust  branch,  Russia,  Zlatoust

 

АННОТАЦИЯ

Обоснована  актуальность  метода  биологической  очистки  сточных  бытовых  вод.  Приведена  классификация  способов  и  раскрыт  механизм  эффективной  очистки  за  счет  поддержания  оптимального  размера  бактериальных  флоккул.

ABSTRACT

The  relevance  of  issue  of  sewage  refining  was  justified.  The  classification  of  methods  biological  refining  was  provided.  The  mechanism  of  effective  sewage  refining  for  maintenance  optimal  size  of  bacterial  floccules  was  discovered.

 

Ключевые  слова:  бытовые  стоки;  биологическая  очистка;  классификация;  схема;  флоккула;  активный  ил.

Keywords:  sewage;  sewage  refining;  classification;  diagram;  floccules;  active  sludge.

 

Одной  из  острейших  экологических  проблем  человечества  является  очистка  сточных  вод.  Сточные  воды  классифицируют  на  следующие  группы.  Производственные  стоки  —  воды,  которые  используют  в  технологических  процессах  при  работе  технологических  машин  и  агрегатов,  изготовления  узлов  и  деталей  машин,  получении  материалов  и  т.  п.  [5].  Бытовые  воды  —  стоки  от  санитарных  узлов  производственных  и  жилых  помещений.  Третью  группу  составляют  атмосферные  стоки,  которые  содержат  дождевые  воды  и  талый  снег.  Наибольшие  проблемы  составляют  бытовые  и  производственные  стоки.  В  последние  годы  предприятия  активно  переходят  на  использование  воды  по  закрытой  технологии,  которая  обеспечивает  ее  рециркуляцию  и  минимизирует  утечку  и  забор  недостающей  из  окружающей  среды.  Подобную  технологию  для  бытовых  вод  не  используют,  поскольку  степень  очистки  не  соответствует  нормам  качества  подачи  воды  для  бытовых  помещений.  В  связи  с  этим  бытовые  стоки  после  некоторой  очистки  сбрасывают  в  водный  бассейн,  находящийся  ниже  по  уровню  от  водозаборного.

По  статистическим  данным  ежедневно  в  РФ  сбрасывается  порядка  1,5  млн.  м3  жидких  бытовых  сточных  вод  [5].  Анализ  состава  сточных  вод  показывает,  что  85  %  его  состава  содержит  органические  отходы  человеческой  деятельности.  Очистку  сточных  бытовых  отходов  осуществляют  последовательно  (рисунок  1)  по  следующей  распространенной  цепочке.

Для  более  качественной  очистки  на  последних  стадиях  иногда  вводят  водохранилища,  вода  в  которых  фильтруется  твердыми  (медленными)  фильтрами.  Однако  процесс  фильтрации  занимает  значительный  временной  промежуток,  фильтры  имеют  незначительный  ресурс  и  требуют  периодической,  высокозатратной  очистки  или  замены  [3].  Качество  воды  в  таких  сооружениях,  хоть  и  находится  на  достаточном  уровне,  но  сам  процесс  фильтрации  не  получил  широкого  распространения  при  больших  объемах  очистки.  Подобно  приведенной  технологии  не  нашли  широкого  применения  и  фильтры  тонкой  очистки.  Незначительный  срок  их  эксплуатации,  и  как  следствие  высокие  капитальные  и  эксплуатационные  затраты,  свели  на  нет  использование  последних  на  очистных  сооружениях  городских  сточных  вод.

Для  уменьшения  энергозатрат  и  повышения  эффективности  очистки  бытовых  стоков  используют  методы  биологической  очистки  [1].  Эти  методы  основаны  на  использовании  бактерий,  которые  в  своей  жизнедеятельности  поедают  мельчайшие  остатки  взвешенных  и  растворенных  в  воде  органических  соединений  [1].

 

Рисунок  1.  Схема  очистки  сточных  бытовых  вод

 

Биологическая  очистка  перед  другими  методами  имеет  ряд  значительных  преимуществ.  Микроорганизмы  осуществляют  полное  разложение  бытовых  стоков  до  нейтральных  продуктов  (газ  и  вода),  обеспечивая  при  этом  круговорот  веществ  в  природе.  Таким  образом,  биологическая  очистка  в  отличие  от  других  способов  не  извлекает  и  не  переводит  загрязнения  в  другие  формы,  что  обеспечивает  практически  безотходность  производства.  В  то  же  время  биологические  методы  менее  затратные,  так  как  за  исключением  капитальных  вложений  почти  не  требуют  эксплуатационных  расходов.  При  этом  основной  рабочий  компонент,  активный  ил,  при  благоприятных  условиях  самовоспроизводится.

Процесс  биологической  очистки,  как  уже  было  показано  выше,  основан  на  способности  микроорганизмов,  использовать  для  своего  питания,  находящиеся  в  сточных  водах,  органические  вещества  (спирты,  кислоты,  углеводы,  белки,  жиры  и  др.  вещества)  [6].  Азот,  который  необходим  бактериям  для  жизнедеятельности,  они  извлекают  из  аммиака,  нитратов,  аминокислот,  фосфор  и  калий  –  из  минеральных  солей,  содержащихся  в  сточных  водах.  Активный  ил,  в  процессе  жизнедеятельности,  получает  материал  для  формирования  и  роста  бактерий,  скорость  которого  напрямую  зависит  от  состава  сточных  вод.  На  интенсивность  и  эффективность  биологической  очистки  значительное  влияние  оказывает  скорость  размножения  бактерий  [2].

Все  методы  биологической  очистки  в  основном  подразделяются  на  аэробные  и  анаэробные.  При  аэробных  методах  микроорганизмы  используют  растворенный  в  сточных  водах  кислород,  а  при  анаэробных  доступа  к  кислороду  микроорганизмы  не  имеют.

Основными  представителями  аэробных  методов  являются  аэротенки  и  биофильтры.  В  аэротенках  процесс  очистки  осуществляется  микроорганизмами.  В  процессе  взаимодействия  микроорганизмов  друг  с  другом  образуется  активный  ил,  размер  хлопьев,  которых  составляет  в  пределах  от  1  до  4  мм.  Биологическая  очистка  при  этом  осуществляется  в  ходе  продвижения  активного  ила  и  сточной  жидкости  по  коридору  аэротенка.  В  ходе  этого  движения  различают  следующие  процессы  —  деструкцию  и  трансформацию  органического  загрязнения  микроорганизмами  и  биосорбцию  загрязнения  с  образованием  активного  ила.  Сорбируются  как  органические  загрязнения,  так  и  минеральные.

Биофильтр  представляет  собой  герметичный  объект,  размещаемый  на  ровной  площадке.  При  этом  возможен  быстрый  его  монтаж  на  площадях  очистных  сооружений  из  готовых  заводских  деталей.  Механизм  изъятия  органических  загрязнений  из  сточных  вод  осуществляется  при  контакте  очищаемой  сточной  жидкости  с  активной  биомассой.  При  этом  активная  биомасса  биофильтра  представляет  собой  структуру  в  виде  биологическую  пленку.  Нужно  иметь  ввиду,  что  видовой  состав,  из  которого  состоит  биопленка  гораздо  разнообразнее.  Эта  специфика,  однозначно,  повышает  эффективность  и  стабильность  очистки  сточных  вод.  Кроме  того,  количество  активной  биопленки,  на  единицу  объема  биофильтра,  в  25…50  раз  больше  для  биофильтров  с  объемной  загрузкой.  При  эксплуатации  биофильтров  с  плоскостной  загрузкой  рабочей  биомассы  —  в  сотни  раз  больше,  чем  в  аэротенках.

Основным  преимуществом  биофильтров  по  сравнению  с  аэротенками  является  естественное  соответствие  качества  питательных  веществ  качеству  потребителей.  Качество  субстрата  обусловливает  формирование  биоценоза  по  ходу  потока  и  создание  оптимальных  условий  для  очистки  сточных  вод.  При  эксплуатации  не  наблюдается  вспухание  активного  ила,  пенообразование,  вынос  активного  ила  из  сооружения.

Анаэробные  способы  очистки  сточных  вод  представлены  различными  септиктенками,  сбраживателями  и  биофильтрами  с  обратной  фильтрацией.  Все  представители  данной  группы  не  получили  широкого  применения  очистки  сточных  бытовых  вод  из-за  высокой  стоимости  высокопористых  насадок,  ограничений  по  взвесям  в  стоках  и  необходимости  периодической  трудоемкой  промывки  биофильтров.

Способы  биологической  очистки,  как  видно,  обладают  рядом  преимуществ:  низкое  энергопотребление;  возможность  автономной  работы  и  использовании  изымаемых  излишек  активного  ила  в  качестве  удобрения;  отсутствие  при  обработке  вредных  химических  веществ;  отсутствие  в  стоках  примесей  и  взвесей.  Однако  эти  методы  требуют  в  аэротенках  заданного  уровня  насыщения  кислородом  и  температуры  в  очищаемой  жидкости.

Процессы  преобразования  органических  веществ  и  энергии,  протекающие  при  биологической  очистке  сточных  бытовых  вод,  можно  представить  в  виде  системы  реакций  [4]:

 

;	(1)
(клеточное  вещество);	(2)
(клеточное  вещество).	(3)

 

Уравнение  (1)  показывает  процесс  окисления  органического  вещества,  уравнение  (2)  —  процесс  синтеза  клеточного  материала.  Уравнение  (3)  описывает  процесс  самоокисления  бактериальных  клеток  активного  ила.

Качество  очистки  биологическими  методами  зависит,  прежде  всего,  от  скорости  окисления  поверхности  микроорганизмов,  входящих  в  состав  активного  ила.  Скорость  окисления  определяется  скоростью  доставки  органических  веществ  к  поверхности  бактериальных  клеток.  Доставка  осуществляется  с  помощью  молекулярной  диффузии.  Диффузионные  процессы  происходят  в  слое  II  (рисунок  2).  Чем  тоньше  слой  II,  тем  быстрее  происходит  диффузия  и  тем  выше  скорость  насыщения  флоккулы  органическими  веществами  из  стоков.  Для  уменьшения  пограничного  слоя  требуется  эффективное  перемешивание.

При  перенасыщении  флоккулы,  ее  размеры  достигают  значительных  критических  величин  и  ее  способность  к  очищению  падает.  Таким  образом,  образуется  вспухающий  ил,  от  которого  нужно  избавляться  и  поддерживать  оптимальный  размер  флоккул  режимами  механического  воздействия.

 

Рисунок  2.  Структура  флоккулы  в  диффузионной  модели:  I  —  очищаемая  среда;  II  —  пограничный  слой  между  слоем  переработки  органики  и  средой;  III  —  объём  внутри  флоккулы  с  переменной  концентрацией  субстрата;  IV  —  объём  внутри  флоккулы  с  нулевой  концентрацией  субстрата

 

Биологическая  очистка  сточных  вод  является  самой  эффективной  и  экологичной  на  сегодняшний  день.  Она  обеспечивает  высокую  степень  очистки  и  является  химически  безопасной  по  сравнению  с  другими  методами.  Однако  ее  эффективность  в  значительной  степени  зависит  от  размера  флоккул  активного  ила.  Поэтому  разработка  методов  позволяющих  за  короткий  промежуток  времени  эффективно  изменять  размеры  флоккул  до  пределов,  определяющих  их  наиболее  активное  состояние,  является  актуальной  задачей  в  области  водоочистки.

 

Список  литературы:

1.Биологическая  очистка  сточных  вод.  Мосин  О.В.  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.o8ode.ru/article/planetwa/oprecnenie/biologi4eckaa_o4ictka_cto4nyh_vod.htm  (дата  обращения  12.12.2014).

2.Макаренко  Э.Н.  Использование  симбиоза  микробных  ассоциаций  для  интенсификации  биологической  очистки  сточных  вод  /  Э.Н.  Макаренко,  Н.И.  Касторной,  Н.В.  Смолина.  Ставрополь:  Изд-во  СевКавГТУ,  2003.  —  С.  32  –  36.

3.Нюансы  очистки  сточных  вод  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://kanalizaciya-expert.ru/naruzhnaya/stochnye-vody/ochistnye-sooruzheniya-kanalizacii-99  (дата  обращения  02.12.2014).

4.Очистка  сточных  вод.  Биологические  и  химические  процессы/  М.  Хенце,  П.  Армоэс,  Й.  Ля-Кур-Янсен,  Э.  Арван.  М.:  Мир,  2004.  —  480  c.

5.Процессы  и  аппараты  защиты  гидросферы  —  Ветошкин  А.Г.  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://bookbk.net/book/127-processy-i-apparaty-zashhity-gidrosfery-vetoshkin-ag/7-14-metody-i-sposoby-ochistki-stochnyx-vod-ot-primesej.html  (дата  обращения  14.11.2014).

6.Современные  методы  интенсификации  работы  аэротенков  на  очистных  сооружениях  больших  городов:  обзорная  информация  /  В.И.  Калицун,  В.Н.  Николаев,  В.Д.  Журавлёв,  М.Г.  Картавцева.  М.:  МГЦНТИ.  —  1985.  —  Вып.  6.  —  24  с.

sibac.info

Биологическая очистка сточных вод: гидробиология, биологические методы

Виды сточных вод

• Фекально-хозяйственные;
• Производственные;
• Атмосферные.

Перед тем, сточные воды сбрасываются в водоемы, проводится биологическая очистка сточных вод. Когда стоки на очистные устройства, то происходит снижение концентрации веществ, которые в них находятся до уровня, являющегося безопасным. 

Очищение проводится в несколько этапов. Но так делают не во всех случаях. Очень часто сточные воды попросту спускают без предварительной очистки в водоемы. Иногда может быть использована лишь первичная обработка. Ее используют почти для всех водоочистительных систем, которые находятся в пределах города.

А вот в сельской местности чаще всего канализация вообще отсутствует и возникает необходимость самостоятельно проводить биологическую очистку.

Чтобы осуществить обработку стоков с помощью данного метода, в воду запускаются микробы. Они при определенных условиях могут произвести расщепление веществ органического типа до простых веществ (в данном случае до углекислого газа и Н2О).

Гидробиология

Гидробиология очистки сточных вод достаточно сложная и разнообразная.

В зависимости от типов используемых микроорганизмов, которые берут участие в процессе переработки загрязнений, можно выделить два вида биологических методов очистки:

• Очистка с использованием анаэробных микроорганизмов (тех, которые могут жить без кислорода).
• Аэробные методы очищения сточных вод (используются такие виды микроорганизмов, которые для жизнедеятельности нуждаются в наличии кислорода).

Очистительные методы с применением бактерий, которые удаются в кислороде, моно разделить в зависимости от типа емкости, в котором окисляются стоки. В качестве такой емкости может выступать и фильтрационное поле, и биопруд и биологический фильтр. Но независимо от этого суть данного методы остается одинаковой. В природе стоковая очистка может наблюдаться в биологических прудах и на прудах фильтрации.

Поля фильтрации представлены специальными отведенными участками, которые назначены для выброса грязных вод. В них живут специальные почвенные аэробные бактерии. Когда вредные органические вещества насыщают грунт, то микроорганизмы их начинают окислять. В результате такого прочеса образуется вода и углекислый газ.

Биологические пруды – это такие водные объекты, с созданными для благополучной жизнедеятельности бактерий условиями. К таким условиям можно отнести присутствие множества водорослей, небольшую глубину и так далее. Биопруды сооружаются для того, чтобы производить очистку сточных вод производственного характера и для очистки впадающих в водохранилища рек.

Поля фильтрации, а также пруды невыгодны тем, что их можно использовать только сезонно. Также они имеют сравнительно небольшую производительность.

Очистка с помощью биологических фильтров предусматривает обработку стоков в сооружениях, которые создаются искусственно. В них специально создаются такие условиях, которые позволяют микроорганизмам чувствовать себя достаточно комфортно.

Установки биологической очистки

Существуют специальные установки биологической очистки сточных вод. Они являются более современным подходом, их эффективность выше. Хоть и размеры данного оборудования небольшие, но они достаточно сложные по своей конструкции. Их очень часто называют станциями, так как они представлены целым рядом сооружений для очистки. В самом начале находится фильтр-отстойник. Он занимается сбором загрязнений крупного размера. Потом располагается специальная камера, наполняет которую активный ил. Если есть кислород, то он проводит переработку, которая является более глубокой, нежели при использовании бактерий.

Именно на этом этапе проводится окисление практически всех видов загрязнений. Бактерии способны питаться минеральными веществами, такими как нефтепродукты, медь, железо, тяжелые металлы, а также и органическими веществами. Поэтому после поступления сточных вод в станции биологической очистки модно получить воду, очищенную от загрязнений примерно на 95%.

Система биологической очистки сточных вод выгодна тем, что у нее имеется возможность саморегуляции. Активный ил содержит в своем составе много биологических видов.

После переработки стоков на таких станциях получается очень мало отходов, то есть производительность достаточно высокая. При этом станции не требуют частого обслуживания.

vseowode.ru

Биологическая очистка сточных вод

Еще в городах древнего Египта, Греции и Рима существовали канализационные системы, по которым  отходы жизнедеятельности людей и животных  транспортировались в водоемы - реки, озера и моря. В Древнем Риме перед сбросом в Тибр канализационные стоки накапливались и выдерживались в накопительном пруде-отстойнике - клоаке (cloaca maxima). В Средние века этот опыт был в значительной степени забыт, помои, экскременты людей и животных, выливались на городские улицы и удалялись эпизодически. Это являлось причиной загрязнения и заражения источников питьевой воды и приводило к возникновению эпидемий холеры, тифа, амебной дизентерии и др. В начале 19 века  в Англии был изобретен туалет с водяным смывом (water closet, WC). Возникла очевидная необходимость в обработке сточных вод и предотвращения их попадания в источники питьевой воды. Сточные воды собирали и выдерживали  в больших емкостях, осадок использовали в качестве удобрений. В начале двадцатого века были разработаны интенсивные системы  очистки бытовых сточных вод, включая поля орошения, где вода очищалась, фильтруясь через почву, струйные фильтры со щебневой и песчаной загрузкой, а также резервуары с принудительной аэрацией - аэротенки. Последние являются основным узлом современных станций аэробной очистки  городских сточных вод. Первоначально основной целью очистки стоков являлось их обеззараживание. Понимание важности качественной очистки сточных вод для охраны природных водоемов пришло позже. Проблема чистой воды является одной из актуальнейших проблем наступившего века. Для сохранения мест забора питьевой воды чистыми необходима качественная очистка сточных вод, производство которых в России достигает 500 литров в сутки на душу городского населения. В настоящее время разработаны и развиваются современные технологии очистки сточных вод. Наибольший интерес и перспективу имеют естественные и самые дешевые биологические методы очистки, представляющие собой интенсификацию природных процессов разложения органических соединений микроорганизмами в аэробных или анаэробных условиях.

Основные принципы биологической очистки воды

Очистка сточных вод подразумевает практически полное биологическое разложение органических соединений в воде. По существующим нормам, содержание органических веществ в очищенной воде не должно превышать 10 мг/л.

Деградация органических веществ микроорганизмами в аэробных и в анаэробных условиях осуществляется с разными энергетическими балансами суммарных реакций. При аэробном биоокислении глюкозы 59% энергии, содержащейся в ней, расходуется на прирост биомассы и 41% составляют тепловые потери. Этим обусловлен активный рост аэробных микроорганизмов. Чем выше концентрация органических веществ в обрабатываемых стоках, тем сильнее разогрев, выше скорость роста микробной биомассы и накопления избыточного активного ила. При анаэробной деградации глюкозы с образованием метана лишь 8% энергии расходуется на прирост биомассы, 3% составляют тепловые потери и 89% переходит в метан. Анаэробные микроорганизмы растут медленно и нуждаются в высокой концентрации субстрата.

Аэробный процесс

С6Н12О6 +6О2 --> 6СО2 +6Н2О + микробная биомасса + тепло

Анаэробный процесс

С6Н12О6 --> 3СН4 + 3СО2 + микробная биомасса  + тепло

Аэробное микробное сообщество представлено разнообразными микроорганизмами, в основном бактериями, окисляющими различные органические вещества в большинстве случаев независимо друг от друга, хотя окисление некоторых веществ осуществляется путем соокисления (кометаболизм). Аэробное микробное сообщество активного ила систем аэробной очистки воды представлено исключительным биоразнообразием. В последние годы с помощью новых мокулярно-биологических методов, в частности специфических рРНК проб, в активном иле показано присутствие бактерий родов Paracoccus, Caulobacter, Hyphomicrobium, Nitrobacter, Acinetobacter, Sphaerotilus, Aeromonas, Pseudomonas, Cytophaga, Flavobacterium, Flexibacter, Halisomenobacter, Artrobacter, Corynebacterium, Microtrix, Nocardia, Rhodococcus, Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, Staphylococcus. Считается, однако, что к настоящему времени идентифицировано не более 5% видов микроорганизмов, участвующих в аэробной очистке воды. Следует отметить, что многие аэробные бактерии являются факультативными анаэробами. Они могут расти в отсутствии кислорода за счет других акцепторов электрона (анаэробное дыхание) или брожения (субстратное фосфорилирование). Продуктами их жизнедеятельности являются углекислота, водород, органические кислоты и спирты.

Анаэробная деградация органических веществ, при метаногенезе осуществляется как многоступенчатый процесс, в котором необходимо участие по меньшей мере четырех групп микроорганизмов: гидролитиков, бродильщиков, ацетогенов и метаногенов. В анаэробном  сообществе между микроорганизмами существуют тесные и сложные взаимосвязи, имеющие аналогии в многоклеточных организмах, поскольку ввиду субстратной специфичности метаногенов, их развитие невозможно без трофической связи с бактериями предыдущих стадий. В свою очередь метановые археи, используя вещества, продуцируемые первичными анаэробами, определяют скорость реакций, осуществляемых этими бактериями. Ключевую роль в анаэробной деградации органических веществ до метана играют метановые археи родов Methanosarcina, Methanosaeta (Methanothrix), Мethanomicrobium  и другие. При их отсутствии или недостатке анаэробное разложение заканчивается на стадии кислотогенного и ацетогенного брожений, что приводит к накоплению  летучих жирных кислот, в основном масляной, пропионовой  и уксусной, снижениию рН и остановке процесса.

Преимуществом аэробной очистки является высокая скорость и использование веществ в низких концентрациях. Существенными недостатками, особенно при обработке концентрированных сточных вод, являются высокие энергозатраты на аэрацию и проблемы, связанные с обработкой и утилизацией больших количеств избыточного ила. Аэробный процесс используется при очистке бытовых, некоторых промышленных и свиноводческих сточных вод с ХПК не выше 2000. Исключить указанные недостатки аэробных технологий может предварительная  анаэробная обработка концентрированных сточных вод методом метанового сбраживания, которая не требует затрат энергии на аэрацию и более того сопряжена с образованием ценного энергоносителя – метана. Преимуществом анаэробного процесса является также относительно незначительное образование микробной биомассы. К недостаткам следует отнести невозможность удаления органических загрязнений в низких концентрациях. Для глубокой очистки концентрированных сточных вод анаэробную обработку следует использовать в комбинации с последующей аэробной стадией. Выбор технологии  и особенности обработки сточных вод определяются содержанием органических загрязнений в них.

Сточные воды больших городов и небольших поселков значительно отличаются по концентрации органических загрязнителей. Содержание органических загрязнителей в сточных водах больших городов не превышает 500 мг/л, составляя обычно 200–300 мг/л. Бытовые сточные воды небольших населенных пунктов содержат больше органики, от 500-1000 г/л и более. В современных дачных и коттеджных поселках часто туалетные и кухонные сточные воды, содержащие большое количество органичеаских загрязнений, отделяются от стоков ванных комнат. Для очистки сточных вод интенсивно развивающихся коттеджных поселков строятся локальные очистные сооружения, для пуска которых и вывода на рабочий необходимо использовать активный ил городских станций аэрации или специальные микробные препараты.

Биопрепараты как средство для инициации и интенсификации очистки сточных вод

В настоящее время существует множество биопрепаратов, используемых для очистки сточных вод. Это консорциумы микроорганизмов, выделенные методом накопительных культур обычно из активного ила аэротенков городских сооружений очистки сточных вод. Они используются для очистки сточных вод местного значения, например в селах, дачных и коттеджных поселках, небольших поселках городского типа, мини-заводах и т.п. Биопрепараты, содержащие ограниченное число видов микроорганизмов, по спектру разлагаемых веществ уступают свежему активному илу. Однако, они содержат быстро растущие штаммы, которые инициируют процессы разложения органических загрязнений. В нестерильном процессе развиваются также микроорганизмы, содержащиеся в отходах, и в микробное сообщество включаются недостающие звенья.

Действие микроорганизмов биопрепаратов в том, что в процессе своей жизнедеятельности они вырабатывают ферменты, которые способны, расщеплять жиры, белки и другие сложные вещества органического происхождения на более простые органические вещества, которые легко разлагаются  ими до углекислоты и простых соединений азота. После добавления препарата возрастает концентрация микроорганизмов, а следовательно и степень очистки. Клетки микроорганизмов иногда иммобилизуют на твердом дисперсном носителе, который может служить дополнительным источником азота и фосфора. Препараты содержат ассоциации 6-12 штаммов аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов, обеспечивающих комплексную очистку сточной воды от органических загрязнителей: жиров, белков, сложных углеводов, и даже (специализированные) от нефтепродуктов. В качестве питательных элементов биопрепараты содержат соли азота и фосфора, которые стимулируют рост микроорганизмов и выработку микроорганизмами липолитических, амилазолитических, карбогидразных, и др. ферментов, максимально облегчающих разложение органики. Аналогичные биоактиваторы, но с несколько другим составом, применяются также при производстве компоста, в биотуалетах и т. п.

Высокоэффективная энергопродуцирующая очистка концентрированных сточных вод промышленности

Многие отрасли промышленности (пищевая, целлюлозобумажная, микробиологическая, химическая, фармацевтическая и др.) являются масштабными производителями концентрированных по органическим загрязнениям сточных вод. Традиционным способом обработки этих сточных вод в России является аэробная биологическая очистка, сопряженная с большими затратами на аэрацию и утилизации избытка активного ила. Помимо крайней экономической неэффективности такого подхода, переменный состав сточных вод и высокая концентрация загрязнений часто приводит к перегрузкам сооружений аэробной биологической очистки, в результате чего загрязнения беспрепятственно попадают в окружающую среду (реки, озера, грунтовые воды). Очевидно, что такая практика имеет крайне негативные экологические последствия и ведет к бессмысленному расходованию полезных веществ, заключенных в сточных водах. Экономически эффективным и экологически приемлемым решением существующей проблемы может служить комбинированная анаэробно-аэробная технология очистки концентрированных сточных вод, разрабатываемая в настоящий момент на кафедре химической энзимологии Химического ф-та МГУ.

В соответствии с этой схемой, сточная вода поступает в высокоскоростной анаэробный реактор с грануллированной (иммобилизованной) биомассой (UASB-реактор), где происходит как минимум 90% конверсия органических загрязнений в биогаз (70% метана, 30% углекислого газа). Биогаз после очистки от следов сероводорода является ценным энергоносителем и может использоваться в заводских котельных для генерации тепла/пара или конвертироваться в электроэнергию в газогенераторах. Эффлюент анаэробного реактора содержит не более 10 % от начального содержания ХПК, а также азот и фосфор в минерализованном виде. Такой эффлюент может использоваться как эффективное жидкое удобрение, если позволяют условия, или сбрасываться в канализационные системы очистки сточных вод, если таковые существуют. В случае отсутствия или перегрузки последних анаэробный эффлюент может быть доочищен аэробными методами до стандартов (БПК, N, P и др.) сброса в открытые водоемы.

Преимущества предлагаемой комбинированной технологии по сравнению, например, с традиционной аэробной очисткой (аэротенки, биофильтры, биопруды) заключаются в следующем.

1. Кардинальное снижение энергозатрат на аэрацию, так как предварительная анаэробная обработка концентрированных сточных вод, естественно, не требует затрат энергии на аэрацию, удаляяя при этом 90% и более ХПК загрязнений; электроэнергия на анаэробной стадии необходима только для перекачки сточных вод, как правило, не более 0.02-0.06 кВт ч/м3.

2. Органические загрязнения сточных вод как минимум на 90% конвертируются в ценный энергоноситель - метан, причем выходы последнего достаточно высоки - 3" w:st="on">0.35 м3 с кг удаленного ХПК;

3. Прирост избыточной биомассы по сухому веществу в 5-10 раз меньше, чем при чисто аэробной очистке, а по объему - в 25-50 раз. Избыточная биомасса стабильна, не загнивает при хранении, легко обезвоживается без применения реагентов. Высокое содержание в анаэробной биомассе витамина В12 делает ее ценным сырьем для получения кормовых добавок.

4. Применительно к очистке концентрированных стоков анаэробные системы, как правило, значительно производительнее аэробных. Это связано с тем, что в анаэробных реакторах достигается очень высокая концентрация биомассы - до 30-50 г/л и более, тогда как в аэробных сооружениях концентрация биомассы жестко ограничена возможностями аэрирующих устройств (обычно не более 4-8 г/л). Вследствие этого, производительность современных высокоскоростных анаэробных реакторов типа UASB составляет 15-20 кг ХПК/м3 сут (для сравнения: окислительная мощность аэротанков и аэробных биофильтров не превышает 5-10 кг ХПК/м3 сут, а в большинстве случаев - 2-3 кг ХПК/м3 сут). Последние же конструкции анаэробных реакторов (EGSB, IC-UASB реакторы с псевдоожиженным слоем и др.) способны эффективно работать в промышленном масштабе с производительностью, на порядок превосходящей максимально возможную для аэробных систем (до 30-60 кг ХПК/м3 сут).

5. Анаэробные реакторы устойчивы к длительным перерывам в подаче сточной воды, что позволяет эффективно использовать их для очистки стоков сезонных производств.

6. Применительно к сточным водам, не содержащим биогенные элементы, анаэробная очистка требует в 5-10 раз меньшей биогенной подпитки, чем аэробная.

7. Конструкция анаэробных реакторов может быть полностью герметичной, что предотвращает распространение дурно пахнущих веществ и микробиальных аэрозолей вокруг очистных сооружений. Вследствие этого, может быть значительно сокращена санитарно-защитная зона.

8. Компактность и санитарно-гигиеническая безопасность современных анаэробных биореакторов делает возможным их широкое использование для локальной очистки концентрированных промышленных сточных вод предприятий, расположенных в населенных пунктах. Избыточная анаэробная биомассы от биореакторов может сбрасываться в канализационную сеть с очищенной сточной водой без превышения норм приема по взвешенным веществам, либо периодически вывозиться на сельскохозяйственные угодья как удобрение или на продажу для запуска других анаэробных реакторов.

9. Минимальный объем анаэробных реакторов не ограничен. В отличие от аэробной очистки, эксплуатация небольших установок (20-3" w:st="on">50 м3) не представляет трудностей,

10. Промежуточные и конечные продукты анаэробной очистки (ЛЖК, объем и состав биогаза) легко поддаются количественному определению. Это облегчает применение автоматизированного контроля и управления.

11. Комбинированная технология может быть очень органично интегрирована в различные системы глубокой утилизации сточных вод и рекуперации загрязнений, включающие в себя:

- получение энергии, топлива, товарной углекислоты, биомассы (метанотрофных микроорганизмов) и других продуктов из биогаза; - разведение, кормовую и энергетическую утилизацию высшей водной растительности в биопрудах доочистки; - разведение в биопрудах рыбы; - орошение и удобрение очищенными сточными водами; - удобрение почв избыточным анаэробным илом; - извлечение и рекуперация азота, фосфора и серы.



biofile.ru

---

• 
  Падает давление в системе отопления частного дома утечек нет
• 
  Счетчик горячей воды с термодатчиком
• 
  Нефтяник бассейн
• 
  Пропиленовые бассейны
• 
  Дренажные колодцы из пластика
• 
  Бассейны в тюмени цены и адреса
• 
  Что такое гибкость
• 
  Срок службы счетчиков горячей и холодной воды
• 
  Бассейн ска ростов на дону официальный сайт
• 
  Самому построить дом водоснабжение в загородном доме и на даче
• 
  Аэробная нагрузка это