Тема: КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В АЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ. Очистка воды в зависимости от процессов протекающих в очистных сооружениях

Биохимическая очистка сточных вод в биологических прудах

Биологические очистные пруды имитируют естественные водоемы, причем максимально усиливают их свойства, способствующие процессам самоочистки. Они неглубоки (0,5 - 1,0 м), хорошо прогреваются солнцем, что создает благоприятные условия для широкого развития водорослей, высшей растительности, простейших, автотрофных и гетеротрофных групп бактерий. Для эффективной очистки сточных вод на сооружениях искусственной очистки необходимы значительные расходы энергии, тогда как в прудах используется солнечная энергия.

Санитарный эффект работы прудов в летнее время является очень высок. Кишечная палочка погибает на 95 - 99 %, патогенные бактерии кишечной группы - полностью, окисляемость снижается на 90 %, содержание органического и аммонийного азота - на 97 %.

Биологические пруды могут работать и зимой, когда их поверхность покрыта льдом. Нужно обязательно очищать поверхность льда от снега для поступления солнечного света.

Тип биологических очистных прудов:

1. проточные пруды с разбавлением сточной жидкости речной водой;

2. проточные пруды без разбавления сточной жидкости;

3. пруды для доочистки сточной жидкости;

4. контактные пруды;

5. анаэробные пруды.

Проточные пруды с разбавлением сточной жидкости речной водой. Осветленная в отстойниках сточная жидкость разбавляется в 3 - 5 раз чистой речной водой. Эта жидкость находится в прудах около 2 - 3 недель. В прудах можно выращивать рыбу (карпа), а также разводить уток. Недостатком таких прудов является то, что необходимо строить первичные отстойники, сооружать дамбу для пруда - резервуара чистой речной воды и иметь вблизи чистую реку.

Проточные пруды без разбавления сточной жидкости. Неочищенная сточная жидкость проходит последовательно через серию из 4 - 5 прудов. В первом из них оборудуется преграда для удержания твердой фазы. В последнем, в воде которого содержится растворенный кислород, можно разводить рыбу.

Пруды для доочистки сточной жидкости. Если на станции биологической очистки нельзя обработать весь объем или требуется высокая степень очистки, используют проточные пруды для доочистки недостаточно окисленной органической фазы сточных вод. Этот тип прудов устраивается из 2 - 3 прудов и может быть использован для разведения рыбы.

Контактные пруды. Работа их прудов основана на том, что в стоячей воде, по сравнению с водой проточной, биохимические процессы проходят быстрее. Сточная жидкость подается в серию параллельно размещенных карт, причем каждый день один из прудов наполняется, а другой опоражнивается. Для территории Украины длительность контакта жидкости в прудах составляет 5 - 10 дней.

Анаэробные пруды. Сточная жидкость, которая содержит как твердую, так и жидкую фазу, поступает в глубокий пруд (несколько метров глубиной). В нем происходят анаэробные процессы. Такие пруды имеют ряд недостатков: газы брожения выделяются в окружающий воздух, есть опасность попадания патогенных микробов в грунтовые воды.

Очистные сооружения с аэробным разложением.

Биофильтры. На биологических фильтрах загрязненная вода в начале эксплуатации сооружения осветляется, и только спустя некоторое время, когда происходит обрастание частиц загрузки биологической пленкой в результате адсорбции бактерий из сточной воды, начинаются процессы биохимического окисления органического вещества. Для успешного процесса очистки необходима хорошая аэрация.

Биофильтры представляют собой сооружения, заполненные крупнозернистым не набухающим материалом, поверхность которого орошается сточной жидкостью. Орошение выполняется периодически (через 5-15 мин). Вода, которая прошла через биофильтр, вытекает через отверстия (дренаж) и стекает в лотки. Загружают фильтры щебенкой, шлаком, галькой. Эти материалы должны иметь достаточную пористость, поскольку она способствует хорошей аэрации биофильтра и максимальному контакту сточной воды с биопленкой. Аэрация фильтров может быть естественной и искусственной. Использование искусственной аэрации позволяет значительно интенсифицировать работу биофильтра (аэрофильтры).

Схема аэрируемого биофильтра: 1 - воздух, 2 – сточная вода, 3 – очищенная вода.

Эффективность работы биофильтра зависит от количества поданного воздуха, использование которого, в свою очередь, зависит от пористости заполнителя - с ее увеличением создаются лучшие условия для обеспечения биопленки воздухом.

Использование биофильтров в значительной мере зависит от климатических условий. Они плохо работают при низкой температуре и поэтому требуют утепления. Резкое изменение температурных условий, к которым адаптировались биоценозы, например, весной или осенью, приводит к огромному выносу биологической пленки из тела биофильтра. Поэтому, сравнительно с аэротенками, биологические фильтры находятся в большей зависимости от климатических условий. Биологические фильтры открытого типа строят лишь в местностях с теплым и умеренным климатом. При значительной производительности рекомендуется утеплять биофильтры при среднегодовой температуре меньше 3оС, а если производительность не высока (500 м3/сут), утепление проводят при среднегодовой температуре 6°С.

Степень очистки сточных вод в биологических фильтрах высокая – БСК20 составляет 15-20 мгО2/л (снижение на 85-90 %).

Аэротенк - это сооружение, в котором осуществляется биологическая очистка загрязненных вод, имитирующая самоочистку в водоемах, но с большей интенсивностью. В отличие от естественной аэрации в водоеме насыщение сточной жидкости кислородом происходит в аэротенке путем нагнетания воздуха под давлением. Если в биологическом фильтре пленка прикреплена к неподвижному субстрату и омывается сточной жидкостью, то в аэротенке роль биологической пленки играет так называемый активный ил - хлопья, которые состоят в основном из бактерий во взвешенном состоянии.

Схема аэротенка: 1 – сточная вода, 2 – воздух, 3 – отстойник, 4 – очищенная вода, 5 – активный ил.

Сточные воды и активный ил поступают в длинный бетонный резервуар и двигаются вдоль него. Для поддержки активного ила во взвешенном состоянии и обеспечения окислительных процессов в смесь непрерывно подается воздух. По окончании процессов биохимического окисления органических веществ сточных вод смесь активного ила и сточных вод поступает во вторичный отстойник для отделения активного ила. Осветленная в отстойнике вода обычно после обеззараживания сбрасывается в водный объект, а активный ил направляется опять в аэротенк. В итоге может образовываться избыток активного ила, который приходится изымать.

Активный ил - это взвешенные в воде биологические хлопья, которые отличаются от биопленки биологических фильтров:

• в активном иле отсутствуют представители водорослей;

• биоценоз активного ила постоянно находится в толще воды.

В состав ила входят простейшие, бактерии, бактерии-нитрификаторы, бактерии-денитрификаторы и значительное количество грибов. К микробам, которые адсорбируются активным илом, относится вся группа кишечной палочки:

Количество организмов в массе активного ила велико - 100•1012 в 1 м3; суммарная поверхность их равняется 1200 м3. Поэтому активный ил по адсорбционной способности можно сравнить с активированным углем, но он еще выполняет и функцию переработки загрязняющих веществ.

Изучение влияния основных физико-химических факторов на жизнедеятельность биоценозов свидетельствует, что ил является достаточно стойким к температурным колебаниям; существует при значительной амплитуде изменения рН 4,5-9,5.

В зависимости от степени очистки сточных вод аэротенки могут работать на полную или неполную очистку. При полной очистке процесс проходит в три фазы:

1) взвешенные и коллоидные вещества адсорбируются и коагулируют, окислительные процессы лишь начинаются;

2) преобладают процессы окисления, начинаются процессы нитрификации;

3) процессы окисления заканчиваются; преобладают процессы нитрификации аммонийных солей; происходит регенерация активного ила.

По полноте очистки процесс проходит в две фазы:

1) взвешенные и коллоидные вещества адсорбируются и коагулируют;

2) происходит окисление адсорбированных активным илом взвешенных и коллоидных, а также растворенных веществ.

Очистные сооружения с анаэробным разложением

Осадок (твердая фаза) сточных вод содержит 95 % воды; 5 % - это углеводы, белки, жиры и зольные элементы (белки составляют 20 %, жиры -15, углеводы – 35, зола - 10 %). С помощью биохимической переработки осадка на очистных сооружениях происходит его обеззараживание, а в также изменение структуры, которое превращает осадок в легко подсыхающее, удобное для утилизации вещество.

Биохимические процессы в естественных условиях при анаэробном брожении протекают с образованием метана, углекислого газа и воды.

На очистных сооружениях анаэробное брожение используется в септиках, двухъярусных отстойниках, метантенках.

Септики - это бассейны гниения. В них соединены процессы осаждения и сбраживания осадка.

Трехкамерный септик: 1 – подводящая труба, 2 – насыпь, 3 – труба с отверстием для прочистки, 4 – люк 5 – перекрытие, 6 – отводная труба, 7 – кладка, 8 – бетонная основа, 9. – основа из щебенки, 10 – отверстие для прохождения жидкой фазы.

После запуска септика в эксплуатацию поверхность воды в нем темная, гладкая. Это означает, что разложение осадка еще не началось. Первым признаком начала брожения является сильное выделение газов. Через несколько дней вся поверхность септика затягивается пленкой, которая потом превращается в толстую корку, и газ выделяется лишь в местах ее разрыва.

В септике происходят следующие процессы. Твердая фаза сточных вод, осев на дно бассейна, сначала не разлагается, поскольку для размножения микробов анаэробного брожения необходимо определенное время. Разложение органического вещества сопровождается интенсивным газообразованием. Пузырьки газа в результате гниения поднимаются со дна, захватывают с собой частицы осадка, выходят в атмосферу, но частицы осадка не опускаются на дно, поскольку все новые и новые пузырьки подходят к поверхности вместе с микродозами осадка. Поэтому частицы твердой фазы слипаются и образуют сначала пленку, а затем массивную корку толщиной иногда до 1 м. Корка не позволяет остыть осадку и массе воды.

Позитивные характеристики септика - простота оборудования, высокий процент задержки нерастворенных веществ и несложность в эксплуатации, негативные – неполнота разложения органических веществ из-за непрерывного поступления свежего осадка. Очищенная сточная жидкость, вытекающая из септика, содержит в своем составе все газы анаэробного разложения осадка: метан, углекислоту, водород, сероводород, аммиак, практически не содержит кислорода. К недостаткам септика относится возможность распространения неприятного запаха.

Септик – это сооружение для обслуживания небольших объектов канализации (группы домов, санаториев, лагерей и тому подобное) - до 500 лиц и объемом сточных вод до 50 м3/сут. При правильном оборудовании и эксплуатации септика он должен располагаться на расстоянии не менее 50 м от жилищ, общественных сооружений и предприятий общественного питания.

Очистка септика (один-два раза в год) из-за малых размеров проводится вручную. Сброженный осадок представляет опасность в эпидемиологическом отношении, поэтому возникают трудности с использованием его в качестве удобрений, поскольку он может стать источником распространения гельминтов и возникновения инфекций. Вывоз осадка на городскую свалку может вызывать заражение грунтовых вод. Поэтому сброженный осадок, изъятый из септика, должен быть сначала обеззаражен, что достигается подогревом в котле до 60°С в течение часа. При этом полностью погибают как возбудители острых желудочно-кишечных заболеваний, так и яйца гельминтов.

В зависимости от объемов сточных вод септики устраиваются однокамерные (до 1 м3), двухкамерные (до 10 м3) и трехкамерные (более 10 м3).

Обычно септики используются для предварительной обработки сточных вод, которые поступают на сооружения подземной фильтрации (поля подземной фильтрации, песчано-гравиевые фильтры, фильтрующие траншеи, фильтрующие колодцы).

Двухъярусные отстойники (эмшеры). В этих сооружениях устранено большинство основных недостатков септиков. Устранено попадание в жидкую фазу газообразных продуктов, которые образуются при разложении осадка.

Двухъярусный отстойник: 1 – кладка, 2 - желоб; 3 - лоток; 4 - поперечная стенка; 5 - труба для откачивания твердой фазы; 6 - обзорный колодец; 7 –заслонка; 8 - выпуск твердой фазы.

Газ, поднимающийся со дна, не попадает в сточную жидкость, которая течет по желобам. Кроме того, состав газов, достигающих поверхности, отличается от состава газов в септике. Речь идет о сероводороде, который выделятся при анаэробном разложении осадка сточных вод. Поскольку глубина эмшерного колодца намного больше, чем септика, сероводород успевает прореагировать с железом, которое всегда есть в сточных водах. В итоге образуется сульфид железа, устраняется неприятный запах, жидкость приобретает черный цвет. Реакция проходит в условиях нейтральной или слабощелочной среды; в кислой среде взаимодействия между сероводородом и железом не происходит.

Над двухъярусным отстойником обычно устраивается перекрытие для улавливания газов (метана и углекислоты). При нормальных условиях процесс брожения проходит при участии микробов, разлагающих органическое вещество по схеме

углеродсодержащие органические вещества

+

микробы

=

жирные кислоты

+

микробы

=

метан, углекислота, водород, спирты, оксид углерода

Процесс брожения осадка в двухъярусном отстойнике происходит от одного до шести месяцев. Сброженный осадок поступает для подсушивания на иловые площадки. В нем также как и в осадке септика, присутствуют яйца гельминтов и патогенные микробы, но он не имеет неприятного запаха и легко отдает воду.

Разложение органического вещества в двухъярусном отстойнике проходит интенсивнее, чем в септике.

Брожение осадка сточных вод осуществляется при невысоких температурах, в результате чего скорость разложения невелика, а выход метана незначителен. В зимний период в средних широтах сбраживание осадка являются практически невозможным и поэтому в этих районах эмшеры не используют.

Процессом брожения в двухъярусном отстойнике трудно управлять. Единственное, чем может повлиять технолог на ход процесса, - это изменением дозирования несброженного осадка и его перемешивания. Подогрев твердой фазы осуществить невозможно, поскольку, кроме осадка, пришлось бы подогревать и весь объем воды над ним.

Значительная глубина эмшера (до 11 м) увеличивает его стоимость.

Метантенки. Управление процессом брожения может быть осуществлено путем регуляции температуры, что фактически возможно лишь за отделение осадка от жидкостной фазы. Этот процесс происходит в первичном отстойнике, после чего твердая фаза направляется в особенное сооружение - метантенк, где сбраживается при искусственном подогреве.

Упрощенная схема метантенка: 1 – сбор газа, 2 – свежий осадок, 3 – горячая вода, 4 – сброженный осадок, 5 – смеситель.

Метантенк представляет собой закрытый резервуар, предназначенный для анаэробной переработки осадков, а также избыточного ила аэротенков. Интенсификация разложения органической части осадка достигается искусственным подогревом и перемешиванием осадка. Необходимым условием интенсивного брожения является постоянное перемешивание свежего осадка с общей массой зрелого. Чем более большим является объем зрелого осадка («бактериальной закваски»), тем лучше работает метантенк.

В метантенке разлагается от 40 до 60 % органического вещества; значительная часть его переходит в газ (70 % метана, 30 % углекислоты). Реализуются два типа брожения - мезофильное и термофильное. При мезофильном брожении температура сбраживаемой массы поддерживается в пределах от 30 до 35°С; при термофильном - от 50 до 55°С. Термофильное брожение позволяет интенсифицировать процесс, что делает возможным увеличение загрузки метантенка в 1,8-2,0 раза. Кроме того, при искусственном введении в бродильную массу экспериментальных метантенков очень больших доз патогенных микробов в термофильных условиях все они погибали в течении несколько часов, в то время как при мезофильном брожении жизнедеятельность их сохранялась на протяжении нескольких дней. Основной причиной гибели патогенных микробов при термофильном брожении является температурный фактор, а не деятельность микробов-антагонистов.

Осадок, изъятый из сточных вод и сброженный в метантенках, влажностью 90-97 %, перекачивается на иловые площадки. Это наиболее простой и распространенный способ подсушивания осадка до влажности 75 - 80 %. Устройство площадок бывает различно. Иногда делают крытые иловые площадки, благодаря чему не распространяется неприятный запах, не привлекаются мухи. С эпидемиологической точки зрения решающим является наличие патогенных микроорганизмов в подсыхающем осадке. Подсушенный осадок (влажность 75-80%) может быть использован как удобрение. При отсутствии грунта с хорошей фильтрующей способностью иловые площадки устраивают на искусственной основе.

studfiles.net

КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В АЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ

План:

1.ПРОЦЕССЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ И ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

2. КОНТРОЛЬ РАБОТЫ АЭРОТЕНКОВ

3. КОНТРОЛЬ РАБОТЫ БИОФИЛЬТРОВ

4.КОНТРОЛЬ РАБОТЫ ВТОРИЧНЫХ ОТСТОЙНИКОВ И ИЛОУПЛОТНИТЕЛЕЙ. КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ ПРЕАЭРАЦИИ И БИОКОАГУЛЯЦИИ

5. КОНТРОЛЬ РАБОТЫ ПРОЧИХ СООРУЖЕНИЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ

 

1. Сооружениям биологическом очистки отводится главенствую­щая роль в общем комплексе сооружении канализационной очистной станции. В результате процессов биологической очист­ки сточная вода может быть очищена от многих органических и некоторых неорганических примесей. Процесс очистки осу­ществляет сложное сообщество микроорганизмов — бактерий, простейших, ряда высших организмов — в условиях аэробиоза, т. е. наличия в очищаемой воде растворенного кислорода. За­грязнения сточных вод являются для многих микроорганизмов источником питания, при использовании которого они получают все необходимое для их жизни — энергию и материал для кон­структивного обмена (восстановления распадающих веществ клетки, прироста биомассы). Изымая из воды питательные ве­щества (загрязнения), микроорганизмы очищают от них сточ­ную воду, но одновременно они вносят в нее новые вещества — продукты обмена, выделяемые во внешнюю среду.

Для городских сточных под в нашей стране и за рубежом наибольшее распространение получила очистка в искусственных условиях; при этом для обработки больших количеств воды пре­имущественное применение не имеют аэротенки, а для обработки средних и малых количеств конкурируют аэротенки, биофильт­ры и другие биоокислители.

Технологический контроль за процессами биологической очистки заключается в оценке изменений в составе воды после очистки, а также количественного и качественных изменений ак­тивного ила или биопленки. Сопоставление результатов указан­ных определений и замеров и их комплексная оценка позволяют осуществлять управление процессом очистки путем регулирова­ния количества подаваемого воздуха, соотношения количеств во­ды и ила, степени разбавления исходной сточной воды очищен­ной (или илом) и т.д.

При проведении исследовательских работ в зависимости от решаемых вопросов контроль процессов заметно осложняется. Так, более полно, часто с применением современных инструмен­тальных методов, исследуется химический состав исходных за­грязнений, расшифровывается состав метаболитов, проводятся сложные определения биохимической активности различных ферментных систем клетки, прослеживается путь превращения веществ- в процессе окисления и многое другое.

В комплексе сооружений биологической очистки находятся вторичные отстойники, в которых очищенная вода отделяется от ила (или биопленки). Контроль и оценка работы этих сооруже­ний осуществляются в неразрывной СВЯЗИ с контролем основного биоокислительного сооружения.

2. При проектировании аэрационных сооружений можно преду­смотреть различную степень очистки сточных вод: неполную с БПКполн обработанной воды более 20 мг/л, полную с БПКполн менее 20 мг/л и полную с нитрификацией аммонийного азота.

Добиться той или иной требуемой степени очистки воды и ми­нерализации ила можно путем изменения соотношения коли­честв подаваемых загрязнений и работающего в системе ила. Количественно указанное соотношение описывается величиной нагрузки на ил — массы подаваемых за сутки загрязнений, учи­тываемых величиной БПК, на 1 г сухого или беззольного веще­ства ила.

Исследованиями установлено, что в зависимости от нагрузки на ил, или от так называемого трофического уровня (уровня пи­тания), в активном иле можно наблюдать постепенную смену микрофлоры и микрофауны и изменение характера отношений между микроорганизмами ила. Когда на единицу массы микро­организмов приходится большое количество загрязнений — бо­лее 300 мг БПКполн на 1 г беззольного вещества в сутки, что соответствует первому трофическому уровню, то в иле конкури­руют гетеротрофные бактерии и сапрозойные простейшие, кото­рые усваивают лишь растворенные примеси. Свободно плаваю­щих ресничных очень мало. Разнообразие видов простейших мало, и при этом наблюдается количественное преобладание ка­кого-либо одного из них. При меньшем количестве питания или втором трофическом уровне (100—300 мг на 1 г беззольного ве­щества в сутки) отношения между микроорганизмами носят ха­рактер «хищник — жертва». «Хищниками» в этом сообществе являются голозойные ресничные простейшие, а «жертвой» — ге­теротрофные бактерии. В таком иле отмечается большое раз­нообразие видов простейших без преобладания какого-либо од­ного вида; ил хорошо флокулирует и оседает. При третьем тро­фическом уровне — с наименьшим количеством питания (менее 100 мг на 1 г беззольного вещества в сутки) —имеют место отношения метабиоза между гетеротрофными и нитрифицирующими бактериями. Так, например, нитрифицирующие бактерии окисляют азот аммиака, который появляется в больших количествах вследствие аммонификации белковых соединений, проводимой гетеротрофными бактериями. Из простейших в таком иле максимальное развитие получают «хищники» и прикрепленные инфузории, коловратки, черви, использующие в качестве питаниябактерии, голозойные инфузории, иловые частицы.

Очевидно, что изменение нагрузки на ил в широких пределах в работающем сооружении невозможно. Количество загрязне­ний в сточной воде — величина неуправляемая и изменена быть не может. Можно менять лишь концентрацию ила (называемую иначе дозой ила) в относительно небольших пределах. Численные значения допустимых концентраций или сильно изменяютсяв зависимости от типа аэрационного сооружения, однако для каждого типа аэротенка оптимум лежит в узких пределах.

Оперативный контроль за работой азротенков ведут путем систематически выполняемых определений концентрации раство­ренного кислорода, минимальное количество которого в любом месте аэрационной системы не должно быть ниже 1—2 мг/л, до­зы ила и его гидробиологического состава. Определения выпол­няются для каждого работающего сооружения (раздельно для собственно аэротенка и регенератора) 1—3 раза в неделю. Золь­ность ила определяют 1 раз в декаду из средней пробы высушен­ного ила, а все подсчеты обычно ведут по отношению к 1 г без­зольного вещества. Зольность ила обычно лежит в пределах 25—35% при собственной зольности клеточного вещества ила порядка 5—7%. Очевидно, что в иле присутствует большое ко­личество посторонних минеральных примесей, а потому органи­ческая (беззольная) часть точнее характеризует количество биомассы. Однако отметим, что при одинаковой биомассе актив­ный ил может иметь резко различные количества бактериальных клеток и простейших и их биохимическую активность.

Количество бактерий в иле колеблется от 108 до 1013 на 1 мг беззольного вещества, большинство ИЗ которых принадлежит ро­дам Pseudomonas, Bacillus, Bacterium и др. Лабораторные мик­робиологические исследования ила с количественной и качест­венной бактериальной оценкой выполняются редко. Анализы эти трудоемки, требуют применения сложной техники пересевов, многих разнообразных питательных сред и могут быть выполне­ны лишь в современных хорошо оснащенных исследовательских лабораториях.

Микроскопическое же исследование ила доступно любой ла­боратории. Микроскопическая оценка ила выполняется по тому же графику, что и определение дозы ила. Фиксируют наличие и количество зооглейных скоплений бактерий, различных видов простейших, высших организмов, нитчатых бактерий, грибов, посторонних включений. Результаты выражают в тысячах осо­бей на 1 мл смеси. Ориентировочно можно считать, что при удов­летворительном развитии вида количество его особей колеблет­ся в пределах от 10 до 100 тыс. в 1 мл; если число особей менее 10 тыс., говорят о недостаточном развитии вида, а при числе осо­бей более 100 тыс. — о преобладании данного вида.

Седиментационные свойства ила оценивают величиной, назы­ваемой индексом ила. Индекс ила — это объем в миллилитрах, который занимает ил в цилиндре после 30 мин отстаивания. Объем должен быть отнесен к 1 г сухого вещества ила. Этот ин­декс изменяется в зависимости от концентрации ила в смеси, поэтому определение принято вести при дозе ила 3 г/л. Если определяют индекс ила, взятого из собственно аэротенка, где доза ила менее 3 г/л, его предварительно сгущают до нужной концентрации отстаиванием. Если анализируется ил из регене­ратора, то его разбавляют до нужного предела водопроводной (или очищенной) водой. Индекс ила определяют не реже 1 раза

в декаду.

Ил с индексом 80—100 мл/г хорошо оседает и не образует мелкой мути в отстоянной воде. При индексе ила более 150 мл/г говорят о «вспухании» ила. Вспухший ил, обладая развитой поверхностью, хорошо очищает воду, но с большим трудом от­деляется от нее, что вызывает осложнения в работе вторичных отстойников. Повышенный ВЫНОС ила ухудшает общее качество выпускаемой в водоем воды и ведет к потере ила. Причинами вспухания ила могут быть многие резкие изменения условий ра­боты аэротенка.

Ил аэротенка длительной аэрации может иметь индекс менее 80 мл/г, поскольку из-за минерализации клеточного вещества повышается доля зольных, более тяжелых элементов.

Полный санитарно-химический анализ воды проводят 1 раз в 10 дней до и после ее обработки. Запись замеров количеств поступающей воды и подаваемого на очистку воздуха произво­дится непрерывно с помощью автоматических измерителей рас­хода.

К технологическим параметрам, характеризующим работу аэротенка, кроме уже упомянутых относятся окислительная мощность аэротенка и ила, возраст ила, расход воздуха на 1 м3 очищенной воды и на 1 кг снятой БПК5, прирост ила, затраты

электроэнергии.

Если величина нагрузки Нхарактеризует количество подан­ных загрязнений, то окислительной мощностью ОМоценивается количество снятых переработанных загрязнений:

ОМ = НЭБПК , (17)

где ЭБПК — эффективность очистки воды по БПК в долях единицы; едини­цы измерений у этих двух величин одинаковые: мг БПК на 1 г беззольного вещества в сутки или г БПК/(м3 * сут).

Окислительная мощность, отнесенная к I ч, есть средняя ско­рость окисления р загрязнений активным илом. Эта величина — основная расчетная характеристика аэротенка. Она зависит от вида обрабатываемых стоков, концентрации загрязнений в ис­ходной воде, требуемого качества очищенной воды, температуры, концентрации ила и других факторов.

Возраст ила — это среднее время его пребывания в системе аэрационных сооружений, определяемое как частное от деления общей массы ила в аэрационной системе (включая каналы и вто­ричные отстойники) на суточный прирост ила. Возраст ила из­меряется в сутках. Оценка по этому показателю аналогична оценке по величине нагрузки или окислительной мощности.

Прирост ила Пр, мг/л, — количество вновь образующегося ила (за счет изъятия и усвоения загрязнений воды), определяе­мое при проектировании систем по формуле

Пр = 0,8В+ 0,3La, (18)

гдеВ и Lа— концентрация загрязнений воде, поступающей в аэротенкки,

соответственно по взвешенным веществамипо БПКполн.

В эксплуатации прирост ила подсчитывается путем суммиро­вания масс ила, удаляемого из системы, — выносом с очищенной водой и перекачиванием на илоуплотнители или в другие соору­жения. Иногда прирост ила оценивают не в мг/л, а в тоннах на 100 тыс. м3 очищенной воды.

Расход воздуха при пневматической системе аэрации под­считывают по отношению к 1 м3 очищенной воды и 1 кг снятой БПК5. Для городских сточных вод при мелкопузырчатой системе аэрации на 1 м3 воды расходуется 5—10 м3 воздуха, или 40 — 60 кг на 1 кг снятой БПК5. При механической системе аэрации подобных расчетов по воздуху сделать невозможно. В этом слу­чае оценивается лишь затрата электроэнергии, как и при пнев­матической системе, из расчета на 1 м3 воды или на 1 кг снятой БПК5.

Для оценки биохимической активности ила разработан метод определения его дегидрогеназной активности. Процесс биохими­ческого окисления органических веществ при очистке сточных вод начинается с расщепления органического вещества с выде­лением водорода, который передается по цепи ферментов дегидрогеназ. Количественное определение этих ферментом позволяет судить о напряженности окислительного процесса. Введение в практику технологического контроля лот показателя полезно в особенности потому, что дает ВОЗМОЖНОСТЬ получить быструю, менее чем за 1 ч, характеристику состояния ила.

3. Контроль работы биофильтров имеет много общего с контролем аэротенков, поскольку в обоих типах сооружений проходят принципиально сходные процессы. Существенным отличием в контроле работы этих двух видов биоокислителей является от­сутствие необходимости в частом анализе количества биопленки. Биопленка прочно прикреплена к материалу загрузки биофиль­тра, а очищаемой водой смывается лишь отмершая, отработан­ная ее часть. Общая масса прироста биопленки за год эксплуа­тации биофильтра примерно равна массе взвешенных веществ, поступивших за этот же период на биофильтр. Смыв биопленки происходит неравномерно. Периодически она отмывается очень интенсивно, и в эти периоды возрастает нагрузка по взвеси на вторичные отстойники.

Микроскопирование биопленки производят 1—2 раза в неде­лю. Отмечено, что при очистке одной и той же сточной воды в аэротенке и биофильтре микронаселение ила и пленки весьма сходно, но в составе пленки в отличие от ила в значительном ко­личестве присутствует анаэробная микрофлора.

Качество сточной воды до и после биофильтра анализируется (как и для аэротенков) 1 раз в 10 дней; количества воды и по­даваемого воздуха фиксируются непрерывно.

Если исходная сточная вода слишком загрязнена, о чем свидетельствует частое заиление поверхности биофильтра, то применяют прием возврата части уже очищенной воды для раз­бавления вновь поступающем"!. Количество и качество рециркуля­ционной воды учитывается так же, как и исходном, а все рас­четные величины, характеризующие работу биофильтра, проводят как с учетом, так и без учета рециркуляционного расхода и количества внесенных с ним загрязнений. Если этот прием все еще не обеспечивает должного эффекта, необходимо рыхление поверхности загрузки, промывка ее под напором, хлорирование. Основными характеристиками работы биофильтра являются величины нагрузки по воде и по загрязнениям. Нагрузка по во­де— это количество воды, м3, приходящееся на 1 м3 загрузочно­го материала или на 1 м2 площади поверхности биофильтра за сутки. Нагрузка по загрязнениям — количество загрязнений (по БПК, взвешенным веществам, ХПК, г), подаваемое за сутки в расчете на 1 м3 объема или 1 м2 площади поверхности.

Любой биофильтр может обеспечить очень высокую сте­пень очистки воды при условии соблюдения определенной на­грузки. Допустимые пределы колебаний нагрузок для биофиль­тров разных типов, обеспечивающие полную биологическую очистку воды, показаны в табл. 16.

Как следует из табл. 16, наиболее производительным из био­фильтров с насыпной загрузкой является башенный, крупность загрузочного материала, у которого наибольшая (составляет 60—100 мм). Несложные расчеты показывают, что при шарооб­разной форме материала загрузки (вне зависимости от диамет­ра шара) объем, занимаемый материалом, а следовательно, объ­ем свободного пространства постоянны. На загрузку приходится около 60% объема биофильтра, а на свободное пространство, которое может быть занято воздухом и водой, — 40%.

 

Таблица 10

 

Биофильтр	Высота, м	Нагрузка
по воде, м3/(м3 * сут)	по БПКполн, г/(м3 * сут)
Капельный Высоконагружаемый Башенный С пластмассовой загрузкой		1—3 10—30 30—50 30—45	100—300 500—1500 800—1400 1600—2200

 

Из этого следует, что все насыпные биофильтры могли бы иметь одинаковую окислительную мощность. Однако практи­ка показывает, что окислительная мощность тем выше, чем крупнее материал загрузки. Следовательно, кроме объема сво­бодного пространства большое значение имеет соотношение ли­нейных размеров между диаметром материала загрузки и рас­стоянием между шарами. С уменьшением диаметра шаров происходит пропорциональное уменьшение расстояния между ними, а вследствие этого резко ухудшаются условия отвода воды, смыва биопленки и вентиляции биофильтра.

При использовании несортированного материала для загруз­ки биофильтра упаковка становится наиболее плотной, а работа биофильтра практически неудовлетворительной. Поэтому счита­ется, что в материале загрузки не должно быть более 5% приме­сей меньшего размера. Из этих соображений важное значение в эксплуатации биофильтров придается не столько химическому составу материала загрузки, сколько тщательной его сортировке по размеру. По химическому составу требования к материалу загрузки сводятся к тому, чтобы он был устойчив к периодичес­ким перепадам температур (по сезонам года), не корродировал от соприкосновения со сточной водой и кислородом, был механи­чески устойчив. При испытании материал загрузки подвергают давлению около 1 кгс/см2 (~0,1 МПа), кипятят в соляной кис­лоте, пропитывают несколько раз насыщенным раствором Na2SО4, промораживают. Если после всех этих испытаний поте­ря по массе не превышает 10%, материал признается пригодным в качестве загрузки.

Учитывая, что биофильтры с плоскостной загрузкой обеспе­чивают более высокую производительность, они могут в буду­щем составить серьезную конкуренцию традиционным конструк­циям с насыпным материалом при условии, что пластмассы бу­дут широко доступны и дешевы. Интересно еще отметить, что в последнее время предложены новые виды насыпных загрузок, например небольшие полые цилиндры. В такой конструкции как бы совмещаются условия работы биофильтра с объемным и плоскостным материалом загрузки.

 

4. Назначение вторичных отстойников — отделить активный ил или биопленку от очищенной воды.

Работу вторичных отстойников контролируют во многом так же, как и работу первичных отстойников. В частности, фиксиру­ется продолжительность отстаивания смеси и вынос ила с очи­щенной водой, количество и качество откачиваемого ила (по концентрации сухого вещества). Однако в характере процессов отстаивания в первичных и вторичных отстойниках имеются от­личия, которые обусловлены, во-первых, концентрацией взвеси в отстаиваемой смеси и, во-вторых, химическим составом взвеси и ее разной способностью к флокуляции и седиментации.

В первичных отстойниках при повышении концентрации взве­си в исходной воде вынос ее с осветленной водой увеличивается. Концентрация взвеси в городских сточных водах обычно не пре­вышает 300—350 мг/л; при этом эффективность отстаивания максимально составляет 50—55%.

Во вторичные отстойники поступает смесь с концентрациейила не менее 1000 мг/л и может доходить до 2,5-5 мг∕лв зависи­мости от режима работы и типа биоокислителя. Если обеспечи­вается полная биологическая очистка, то при достаточной про­должительности отстаивания (порядка 2 ч) вынос ила с очищен­ной водой составляет всего 10—25 мг/л (в среднесуточныхпробах) вне зависимости от исходной дозы ила. Эффективностьотстаивания в этом случае составляет 98—99%.

Найдена корреляционная связь между степенью очистки во­ды по БПК и выносом ила с очищенной водой. При заданной продолжительности отстаивания чем глубже очищена сточная вода, т. е. чем ниже БПКполн очищенной воды, тем меньше вы­нос ила. В то же время при определенной степени очистки воды по БПК вынос ила тем больше, чем меньше продолжительность пребывания воды во вторичных отстойниках. Иллюстрация этих взаимосвязей показана в табл. 32 СНиП П-32-74.

Степень уплотнения взвеси в первичных и вторичных отстой­никах различна. Взвесь сточных вод более тяжелая и менее гид­рофильная, чем активный ил или биопленка, чем и обусловлена более низкая влажность осадка из первичных отстойников(91-94%). Максимальная концентрация биопленки после отде­ления ее от воды во вторичных отстойниках составляет 40—60 г/л, что соответствует влажности 96—94%. Активный ил от­качивается из вторичных отстойников с концентрацией 4—8 г/л,т.е. с влажностью 99,6—99,2%. Минимальная достигаемая кон­центрация ила после отстаивания составляет порядка 25—30 г/л(как в илоуплотнителях), однако в таком режиме отстойникиникогда не работают. Длительное пребывание ила в условиях отсутствия растворенного кислорода может повлечь глубокие и необратимые изменения биохимической активности ила. Кроме того, в аэрационных сооружениях при пневматической системе аэрации невозможно обеспечить подачу и растворение кислоро­да со скоростью, равной или выше скорости потребления кисло­рода илом столь высокой концентрации.

Необходимость дальнейшей интенсификации процессов био­логической очистки привела к созданию новой схемы сооруже­нии — аэротенков с механическими аэраторами (обеспечиваю­щими снабжение кислородом смеси высокой концентрации — до 10-20г/л) в совокупности с флотаторами взамен вторичных от­стойников, где седиментация ила происходит в условиях полной обеспеченности кислородом. Такая схема сооружений предложе­на для обработки производственных сточных вод и только в ка­честве первой ступени. Флотаторы взамен вторичных отстойни­ков для окончательной очистки сточных вод не применяются из-за повышенного выноса ила.

При характеристике работы вторичных отстойников, указыва­ются количества и качества (по концентрации сухого вещества) возвратного и избыточного илов. Указывается, кроме того, в ка­кие сооружения распределяется избыточный ил.

Илоуплотнители предназначены для уменьшения объема из­быточного активного ила, удаляемого на дальнейшую обработ­ку. Оценка работы этих сооружений аналогична технологической оценке работы вторичных отстойников. Фиксируется количество и качество подаваемого ила, уплотненного ила и иловой воды. На городских станциях часто используют илоуплотнители ра­диального типа, обеспечивающие снижение объема ила в 5— 15 раз (или изменение по влажности с 99,2—99,9 до 96,5—98,5%) за время пребывания, равное 9—15 ч.

На илоуплотнители подают ил как из вторичных отстойников с концентрацией сухого вещества 4—8 г/л, так и из аэротенков с концентрацией 1—2 г/л. Качество уплотненного ила в обоих случаях практически одинаково, а время уплотнения для менее концентрированного ила составляет 5—7 ч. Чтобы получить сравнительную оценку, какой вариант схемы уплотнения пред­почтительнее, необходимо сравнение по величине нагрузки по сухому веществу (1 г сухого вещества на 1 м3/сут). По этой же величине можно сравнивать производительность различных ви­дов уплотнителей или уплотнителя одного вида, но разных диа­метров.

Важно учитывать качество иловой воды (по взвеси, БПК), поскольку передача этой воды на повторную очистку увеличива­ет нагрузку на очистные сооружения. Обычно количество взвеси и БПК5 иловой воды колеблются в пределах от 20 до 100 мг/л.

Часть избыточного ила иногда направляют в первичные от­стойники с целью интенсифицировать процессы отстаивания. Ре­комендуется передавать в первичные отстойники до 50% прироста ила. Расход воздуха на перемешивание воды и ила составляет величину порядка 0,5 м3/м3, продолжительность контакта препараторах — от 10 до 20 мин и в биокоагуляторах —20 мин. Дополнительный эффект осветления по взвешенным веществам

БПКполн в обоих случаях составляет 10—15%. Если указан­ные приемы использованы в эксплуатации, то при характеристи­ке работы отстойников обязательно принимается во внимание мнение состава воды после смешения ее с избыточным илом.

5. Сооружения для аэробной минерализации ила. К этой кате­гории сооружений можно отнести аэротенки длительной аэра­ции, аэробные минерализаторы (иначе называемые аэробными стабилизаторами), циркуляционные окислительные каналы, не­которые разновидности биологических прудов, работающих в ус­ловиях низких нагрузок. Кроме аэробных минерализаторов все остальные перечисленные сооружения совмещают в себе функ­ции биологической очистки сточной воды и минерализации ила.

Минерализация ила, или биологическое его окисление, — это процесс окисления клеточного вещества, который происходит в той стадии развития популяции микроорганизмов, когда перво­начальные органические загрязнения в сточной воде уже отсутствуют и дальнейшее существование сообщества микроорганиз­мов обеспечивается окислением внутреннего запаса питательных веществ клеток, внутривидовой борьбой за существование среди бактерий, развитием автотрофных культур нитрификаторов и т. п. (см. § 34).

Процессы полной очистки сточной воды и глубокого окисле­ния ила проходят в основном последовательно и для случая об­работки городских стоков приближенно могут быть иллюстриро­ваны схемой, приведенной на рис. 6.

При смешении сточной воды с активным илом происходит достаточно быстрое изъятие из воды содержащихся в ней орга­нических загрязнений за время ta, что и является собственно очисткой сточной воды. Изъятие загрязнений — комплексный процесс. Сюда входят быстрое усвоение растворенных веществ, усвоение после предварительного гидролитического расщепления

tо tм

ta

tобщ t

Рис. 6. Схема процессов биологической очистки воды и минерализации ила

 

сложных соединений и захватывание поверхностью зооглей и иловых частичек нерастворенных примесей и др. Процессы внут­риклеточной переработки полученного питания, иначе процессы регенерации клетки или окисления вещества, начинающиеся, естественно, сразу же после того, как только загрязнения погло­щены клеткой, длятся дольше (время t0), чем изъятие загрязне­ний из воды. За время минерализации ила tMвесьма условно можно принять длительный отрезок времени с началом где-то в стадии внутриклеточной переработки веществ. Процесс этот длится в течение нескольких суток и оканчивается в той стадии, когда развивающиеся вслед за гетеротрофными бактериями бак­терии нитрификаторы также проходят пик своего максимального развития. Общее время глубокой очистки воды и минерализации ила tобщ, составляющее несколько суток, заключает в себе все указанные стадии процесса.

При минерализации ила уменьшается масса беззольного ве­щества, а следовательно, и масса сухого вещества, что обуслов­ливает увеличение зольности ила. Максимально достигаемые величины зольности ил, а колеблются в пределах от 45 до 55%. Более глубокого окисления ила получить не удается, поскольку в его составе преобладающей становится биохимически не усвоя­емая органическая материя.

Аэробно минерализованный ил не загнивает на воздухе, так как все доступное окислению уже переработано в условиях ин­тенсивного снабжения кислородом воздуха, легко отдает влагу, не обладает неприятными запахами. Такой ил после подсушки и дополнительного обеззараживания может быть передан для использования в сельском хозяйстве.

При контроле за работой аэротенка длительной аэрации, а также циркуляционного окислительного канала особое внима­ние уделяется характеристике состава очищенной сточной воды. Эта вода отличается присутствием большого количества нитра­тов и, как правило, незначительного количества нитритов, низ­кой концентрацией аммонийного и общего азота, колеблющими­ся величинами БПК и ХПК, присутствием достаточного коли­чества кислорода. Ил такого аэротенка характеризуется очень низкой дегидрогеназной активностью, повышенной зольностью и составом микронаселения, отличающимся от состава ила обыч­ного аэротенка.

Если процесс проводится в аэротенке-вытеснителе, то при тщательном выполнении анализов можно заметить изменения концентрации ила по длине аэротенка — сначала нарастание до­зы ила и после перехода через «размытый» максимум — посте­пенная убыль.

При проведении процесса в отдельном минерализаторе фиксируют убыль сухого (и беззольного) вещества ила, постоян­но контролируют наличие растворенного кислорода в аэрируе­мой смеси, характеризуют состав иловой воды, отделяющейся при отстаивании смеси в специальном отстойнике после минерализатора. Иловую воду, отделенную от минерализованного ила, Направляют на повторную очистку в аэротенки. Продолжитель­ность отстаивания принимают равной 1,5—2 ч.

В минерализаторах можно обрабатывать смесь ила с осад­ком из первичных отстойников. В этом случае увеличиваются: продолжительность обработки — до 10—12 сут, расход воздуха - до 1,2—1,5 м3/(м3*ч) вместо 1 м3/(м3*ч) для одного ила. Степень окисления смеси осадка и ила может достигать 30—40% (по беззольному веществу), а одного ила — 20—30%.

Поля орошения и поля фильтрации — сооружения для очист­ки сточных вод в естественных условиях, где основным агентом очистки является почва.

Почва заселена огромным числом микроорганизмов, которое в поверхностном слое составляет от 1 до 115 млн. на 1 г. Чем глубже слой, тем меньше в нем микронаселение. Процесс мине­рализации загрязнений проходит наиболее интенсивно в поверхностных слоях (при благоприятных условиях — до нитрифика­ции), менее напряженно нитрификация продолжается в более глубоких слоях, а в самых глубинных слоях проходят процессы Апологической денитрификации и даже десульфатации. Самым активным слоем почвы является верхний толщиной 25—30 см.

Очищенная почвенным методом вода отличается высокой прозрачностью, бесцветностью, отсутствием запаха, низкой БПК, очень малым содержанием бактериальных загрязнений, боль­шой концентрацией нитратов и низкой — азота аммонийных со­лей. На полях орошения из сточной воды растениями усваивает­ся также часть калия. При любом типе полей в воде после фильтрации не остается фосфатов.

Естественно, что высокое качество очистки обеспечивается при условии соблюдения оптимальных режимов эксплуатации полей по нагрузке и обработке почвы, а также своевременном ремонте распределительных и отводных систем и т.д. Нагрузка па поля определяется в зависимости от вида почвы, уровня за­легания грунтовых вод, географического расположения полей и др. и может изменяться в пределах от 50 до 200 м3/(га-сут). Немаловажное значение имеют климатические условия, которые в отдельные годы могут резко отклоняться от тех средних усло­вий, на которые рассчитаны.

Технологический контроль за процессами естественной очист­ки сводится к контролю за работой сооружений предваритель­ной механической очистки и собственно полей. Последние харак­теризуются качеством очищенной воды, для чего полный санитарно-химический анализ воды до и после очистки выполняется обычно 1 раз в 10 дней.

Биологические пруды. Очистка сточных вод в специально устраиваемых прудах — едва ли не самый ранний прием интен­сификации естественных процессов самоочищения водоемов. За длительное время развития техники очистки пруды использова­лись для очистки, как исходной сточной воды, так и сточной во­ды, предварительно осветленной. Пруды применялись для очистки, как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Однако в на­стоящее время рекомендуется использовать пруды лишь для доочистки биологически очищенной сточной воды, при этом мо­жет быть применена искусственная аэрация (преимущественно с помощью механических аэраторов).

Сточная вода в прудах проходит очистку в течение несколь­ких дней, ее продолжительность изменяется в широких пределах в зависимости от климатических условий. Качество очистки в прудах может быть высоким при условии соблюдения опти­мальных нагрузок по массе поступающих загрязнений. Контроль качества очищенной воды в прудах осуществляется так же, как и при других типах очистных сооружений. Периодически регист­рируется уровень концентрации в воде растворенного кислорода и контролируется состав гидробиоитов.

Лекция 8

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

zdamsam.ru

Процессы биологической очистки воды

Сооружениям биологической очистки отводится главенствующая роль в общем комплексе сооружений канализационной очистной станции. В результате процессов биологической очистки сточная вода может быть очищена от многих органических и некоторых неорганических примесей. Процесс очистки осуществляет сложное сообщество микроорганизмов - бактерий, простейших, ряда высших организмов - в условиях аэробиоза, т.е. наличия в очищаемой воде растворённого кислорода. Загрязнения сточных вод являются для многих микроорганизмов источником питания, при использовании которого они получают всё необходимое для их жизни - энергию и материал для конструктивного обмена (восстановления распадающихся веществ клетки, прироста биомассы). Изымая из воды питательные вещества (загрязнения), микроорганизмы очищают от них сточную воду, но одновременно они вносят в неё новые вещества - продукты обмена, выделяемые во внешнюю среду.

До настоящего времени не существует системы биоиндикации процесса биологической очистки, и остаётся справедливым утверждение о множестве разноречивых данных, трактующих взаимосвязь качества очистки и специфических организмов. Это объясняется, прежде всего, особенностями биоценоза активного ила, его высоким адаптационными свойствами, что позволяет развиваться одним и тем же видам в разных экологических зонах, влиянием на его развитие сложного комплекса биотических и абиотических факторов.

Комплекс биотических и абиотических факторов

Основными абиотическими факторами, воздействующими на биоценоз ила, являются: температура, состав очищаемых сточных вод и наличие в них токсичных веществ, влияющих на жизнедеятельность микроорганизмов; фактические концентрации и разнообразие растворённых питательных веществ, используемых микроорганизмами для роста; содержание растворённого кислорода в иловой смеси.

Способность к флокуляции

Своеобразные условия существования формируют активный ил и его способность к флокуляции, которая является одной из важнейших характеристик состояния биоценоза. Структура и биологические свойства хлопьев ила определяют эффективность и качество биологической очистки. При нормально идущих процессах очистки масса активного ила представлена хлопьями с плотностью в среднем 1.1-1.37 г/см3 и размером от 53 до 212 мкм. Бактериальные клетки расположены внутри, на поверхности хлопьев, могут быть представлены незначительным количеством не связанных с хлопьями одиночными бактериями: палочками, кокками, спирохетами и микроколониями из палочек. Бактерии активного ила синтезируют и секретируют в среду внеклеточный биополимер - полисахаридный гель. Именно наличие геля обуславливает агрегацию микроорганизмов и образование хлопьевидных скоплений - флокул. Активный ил только в флокулированном состоянии может обеспечивать высокие скорости окисления загрязняющих веществ, и, по существу, качество очищенной воды определяется его способностью к флокуляции.

Процесс полной трёхстадийной биологической очистки

Процесс полной биологической очистки протекает в три стадии. На первой стадии, сразу же после смешения сточных вод с активным илом, на его поверхности происходят адсорбция загрязняющих веществ и их коагуляция (укрупнение частиц несущих органические вещества), причём адсорбция обеспечивается как хемосорбцией, так и биосорбцией с помощью полисахаридного геля активного ила и благодаря огромной поверхности ила, один грамм которого занимает 100 м2. Таким образом, на первой стадии очистки загрязняющие вещества в сточных водах удаляются благодаря механическому изъятию их активным илом из воды и началу процесса биоокисления наиболее легкоразлагающейся органики. Высокое содержание поступающих загрязняющих веществ способствует на первой стадии высокой кислородопоглащаемости, что приводит к практически полному потребления кислорода в зонах поступления сточных вод в аэротенках. На первой стадии за 0.5-2.0 часа содержание органических загрязняющих веществ, характеризуемых показателем БПК5, снижается на 50-60%.

На второй стадии полной биологической очистки продолжается биосорбция загрязняющих веществ и идёт их активное окисление экзоферментами (ферментами, выделяемыми активным илом в окружающую среду). Благодаря снизившейся концентрации загрязняющих веществ, начинает восстанавливаться активность ила, которая была подавлена к концу первой стадии очистки. Скорость потребления кислорода на этой стадии меньше, чем в начале процесса, и в воде накапливается растворённый кислород. В случае благополучия второй стадии экзоферментами окисляется до 75% органических загрязняющих веществ, характеризуемых показателем БПК5. Продолжительность этой стадии различна в зависимости от состава очищаемых сточных вод и составляет от 2.0 до 4.0 часов. На третьей стадии очистки происходит окисление загрязняющих веществ эндоферментами (внутри клетки), доокисление сложноокисляемых соединений, превращение азота аммонийных солей в нитриты и нитраты, регенерация активного ила. Именно на этой стадии (стадии внутриклеточного питания активного ила) происходит образование полисахаридного геля, выделяемого бактериальными клетками. Скорость потребления кислорода вновь возрастает. Общая продолжительность процесса в аэротенках составляет 6-8 часов для бытовых и может увеличиваться до 10-20 и более часов при совместной очистке бытовых и производственных сточных вод. Продолжительность третьей стадии, таким образом, составляет от 4-6 часов при очистке бытовых сточных вод и может удлиняться до 15 часов. Благополучие фазы эндогенного питания определяется величиной нагрузки, возрастом активного ила и временем пребывания его в аэротенках. Увеличение возраста активного ила, времени его пребывания в системе очистки, падение удельной нагрузки на него продлевает фазу эндогенного питания и создаёт благоприятный режим для её протекания, что способствует активному гелеобразованию, укрупнению хлопьев активного ила, улучшению его флокулирующих свойств. Внезапное увеличение нагрузки, сокращение возраста, токсические вещества, присутствующие в поступающей на очистку воде, оказывают подавляющее воздействие на процесс ферментативного окисления в целом и на фазу эндогенного питания. Таким образом, флокуляция хлопьев, а, следовательно, эффективность очистки, зависит от характеристик поступающих сточных вод, условий введения технологического процесса очистки и от действия гидродинамических сил в аэротенке.

Видовое разнообразие организмов активного ила

Богатое видовое разнообразие (не менее 25 видов простейших) организмов активного ила свидетельствует о благополучии биологической системы аэротенка, Высокой эффективности очистки и устойчивости биоценоза к повреждающему воздействию токсичных сточных вод.

Как и других водных сообществах, характер реакции биоценоза активного ила на неблагоприятное воздействие, проявляется в снижении видового разнообразия. Чувствительные к неблагоприятному воздействию виды могут исчезнуть совсем или резко снизить численность, в то время как устойчивые становятся ещё обильнее. Если действие неблагоприятного фактора нарастает или долго сохраняется, затрагиваются все новые виды биоценоза и, в результате, при минимальном видовом разнообразии наблюдается максимальная численность наиболее устойчивых видов.

Усложнение биоценоза сопровождается последовательным включением в него всё более совершенных видов вплоть до хищников:

зооглеи - нитчатые бактерии - мелкие жгутиконосцы - мелкие раковинные амёбы - свободноплавающие - брюхоресничные - прикреплённые и сосущие инфузории - коловратки - черви - водные клещи - представители третьего трофического уровня. Своеобразие биоценоза активного ила в наибольшей степени определяется нагрузкой по органическим загрязняющим веществам и эффективностью их разложения.

Режим работы активного ила

Суммарный эффект воздействия разнообразных факторов, основным из которых следует считать удельные нагрузки, формирует специфический для каждого очистного сооружения активный ил, который может быть подразделён на три основных типа:

А. Работающий на неполное окисление органических загрязнений.

Б. Полное окисление.

В. Полное окисление с последующей нитрификацией (применяется на Самарских очистных сооружениях).

Сооружения биологической очистки, работающие в режиме неполного окисления, как правило, имеют высокие удельные нагрузки (400-600 мг БПК на грамм активного ила). При этом формируется биоценоз с бедным видовым разнообразием (5-13 видов) простейших и численным преобладанием отдельных групп, таких как жгутиконосцы, раковинные амёбы, нитчатые бактерии, крупные свободноплавающие инфузории, "бентосные" раковинные амёбы, мелкие корненожки.

При сниженных нагрузках на ил до 250-300 мг/г, обеспечивается полное окисление растворённых органических веществ. Такие сооружения обычно очищают сточные воды смешанного состава (бытовые и производственные). Неоднородное, многокомпонентное загрязнение среды обитания даёт возможность организмам ила приобрести и сохранять необходимый уровень приспособленности в широком спектре непрерывно меняющихся условий. Биоценозы на таких очистных сооружениях разнообразны по видам, динамичны, подвижны и чутко реагируют на внешнее воздействие. При нормально протекающем процессе очистки в них отсутствуют численно доминирующие виды или такое доминирование минимально.

При удельных нагрузках 80-150 мг/г обеспечивается полное окисление и нитрификация азотосодержащих загрязнений. При полном окислении поступающих на очистку растворённых органических веществ, ненарушенном балансе их сорбции и окислении, низких нагрузках на активный ил и развитом процессе нитрификации формируется наиболее экологически совершенный биоценоз - нитрифицирующий активный ил. Нитрифицирующие хлопья ила крупные, компактные, хорошо оседающие, наполненные пузырьками газа, наблюдается самопроизвольная флотация ила, вызванная процессами денитрификации. Процесс денитрификации, протекающий во вторичных отстойниках, может ухудшать качество очищенной воды за счёт избыточного выноса активного ила, особенно в тёплое время года.

Биоценоз нитрифицирующего активного ила характеризуется, в целом, наиболее сложной экологической структурой с высоким таксономическим разнообразием (до 45 видов простейших) без численного преобладания различных видов. Нитчатые бактерии, мелкие бесцветные жгутиконосцы, мелкие формы как голых, так и раковинных амёб практически полностью вытесняются из биоценоза или их численность минимальна. Из инфузорий преобладают брюхоресничные и прикреплённые формы, жизнедеятельность которых тесно связана с хорошо сформированными, флокулированными хлопьями активного ила. Присутствуют представители высшего звена - хищники, что положительно влияет на степень очищения воды от органических загрязняющих веществ за счёт повышения интенсивности обмена. В нитрифицирующем иле всегда присутствуют (не достигая массового развития) хищные коловратки, сосущие инфузории, хищные грибы и черви рода Chaetogaster. Периодически встречаются тихоходки.

В целом, в низконагружаемых илах, за счёт богатого видообразия, расширяется возможность ила адекватно реагировать на неблагоприятные воздействия и увеличивается его способность поддерживать эффективное и устойчивое качество очистки. При воздействии концентрированных производственных сточных вод биоценоз устойчиво сохраняет свою структурную целостность и удовлетворительный уровень ферментативного окисления. Разрушение стабильности и способности к быстрому восстановлению у такого биоценоза возможно только при чрезвычайном воздействии: в результате резкого возрастания удельной нагрузки на активный ил, воздействия сильно токсичных (при аварийных сбросах) сточных вод, недостатке и дисбалансе питательных веществ.

В условиях устойчивых нагрузок на активный ил при отсутствии токсичных примесей в сточных водах, поступающих на очистку, значительная часть микробной популяции связана с хлопком активного ила. Хлопья ила крупные, компактные, хорошо флокулирующие. В биоценозе возрастает численность организмов, непосредственно связанных с хлопьями, - ползающих брюхоресничных инфузорий, прикреплённых инфузорий, нематод, коловраток и т.д.

Однако, в неблагоприятных условиях перегрузок, при поступлении на очистку токсичных сточных вод, различных нарушений технологического режима очистки, хлопья активного ила диспергируются, измельчаются, возрастает число бактерий, не связанных с хлопьями активного ила, и, следовательно, возрастает число их поедателей - свободноплавающих инфузорий, мелких раковинных амёб, жгутиконосцев и проч. При очистке сточных вод, содержащих специфические сложноокисляемые соединения (фенолсодержащие, сточные воды ЦБК и т.д.), хорошо флокулирующие хлопья ила, как правило, вообще не образуются, и очистка осуществляется диспергированной микрофлорой. При подаче избыточного активного ила в "голову" сооружений, питание активного ила в аэротенках дисбалансируется, что приводит к развитию нитчатого вспухания или нарушению флокуляции хлопьев, которые приобретают перистую, вытянутую форму.



biofile.ru

Инновационные подходы к очистке сточных вод от соединений азота в локальных очистных сооружениях



Приведен обзор современных способов очистки сточных вод от соединений азота. Рассмотрены преимущества и недостатки данных методов, а также приводятся характеристики очистки сточных вод от соединений азота с помощью иммобилизованной микрофлоры.

Ключевые слова: очистка, сточные воды, соединения азота, иммобилизованные микроорганизмы, биопленка

Вследствие перспективного развития малых форм бизнеса, в настоящее время отмечается стремительный рост малых предприятий сельскохозяйственной, пищевой, легкой промышленности. Любой технологический процесс непременно требует затрат того или иного количества воды. Вследствие ее использования возникают стоки специфического состава, которые необходимо утилизировать.

Экономически целесообразно размещать малые предприятия в сельской местности, лишенной централизованной канализационной системы, следовательно, предприятию приходится организовать свои локальные очистные сооружения (ЛОС). Классическая схема очистки сточных вод (Йоханнесбургский процесс) в условиях ЛОС не приемлема по следующим причинам: во-первых, сток имеет специфический состав, значит, технология очистки должна разрабатываться конкретно для данного предприятия, а во-вторых, неравномерность стока требует временных колебаний в работе ЛОС, что негативно сказывается на режимах работы и требует повышенной эксплуатации.

Одним из современных способов очистки сточных вод в мире является биологический (в разных модификациях). Рассмотрим некоторые инновационные способы биологической очистки стоков, применимых в условиях ЛОС малых предприятий.

В настоящее время системы биологической очистки сточных вод должны обеспечивать удаление биогенных элементов. Данное положение закреплено в постановлении ХЕЛКОМ, в котором Россия и другие страны Балтийского региона взяли обязательства по сокращению сброса соединений азота и фосфора [1].

В основе биологической очистки лежат два принципа:

1. Способность микроорганизмов превращать примеси воды в биомассу клетки и внеклеточные продукты
2. Способность микроорганизмов синтезировать биофлокулянты и с их помощью образовывать многоклеточные агрегаты, легко отделимые от воды.

В общем виде процесс биологической очистки можно выразить следующей схемой

Рис. 1. Схема биологической очистки сточных вод (по Большакову Н. Ю.) [1]

Биологическая очистка сточных вод способствует также получению альтернативных видов топлива, поскольку во многих случаях продуктами реакции является биогаз (смесь CO2 иCН4 всоотношении 1:3). Доказано, что, в зависимости от содержащихся в сточной воде органических веществ, изменяется также состав биогаза и доля метана в ней. Такие ее компоненты, как углеводы, белки, жиры имеют выход биогаза 0,83; 0,72; 1,43 (см3/г), в котором доля метана составляет (%) 50; 71; 70 соответственно.

Во всем мире принято два подхода к биологической очистке сточных вод, целью которых является создание благоприятных условий для биодеградации загрязнений. Удаление загрязняющих веществ может происходить как в аэробных условиях, так и в анаэробных условиях [5].

Обработка сточных вод возможна с использованием микробных агрегатов 3 типов:

1. статические (в биофильтрах),
2. в виде макрочастиц (в реакторах с псевдоожиженным слоем),
3. флоккулы (в активном иле) [4].

Для ускорения процессов очистки и восстановления водных экосистем необходимо использовать биологические резервы не только микробных сообществ и биоценозов [7].

В аэробных условиях используется активный ил (или биопленка), которые представляют собой скопление разнообразных микроорганизмов, видовой состав которых зависит от конкретных экологических условий.

Азот — один из макроэлементов для всего живого. В сточных водах азот представлен в основном в виде минеральных (Nh5+, NO2-, NO3-) и органических (аминокислоты, белки, органические соединения) составляющих. Процесс распада биологически связанного азота до Nh5+ эффективно протекает в аэротенках и биологических прудах. Часть азота включается в органические вещества биомассы активного ила, а часть поступает в сточную воду в виде Nh5+, в результате происходит вторичное загрязнение аммонийным азотом.

В виде аммиака, аммония или мочевины азот присутствует в сточной воде на 80–90 %. Соединения азота в хозяйственно-бытовые сточные воды поступают преимущественно вместе с продуктами жизнедеятельности человека. В среднем, концентрация азотсодержащих соединений находится в пределах от 15 до 60 мг/л азота [6]. Таким образом, одной из задач очистки сточных вод становится удаление соединений азота. Бактерии способны превращать данные формы азота в иные неорганические формы.

Но традиционные методы очистки сточных вод не всегда гарантируют достаточный уровень удаления азота и к тому же требуют капитальных и эксплуатационных затрат, внесения дополнительных субстратов и высокого энергопотребления [6].

Мировые тенденции в развитии биотехнологии в области водоочистки от неорганических соединений азота состоят в разработке новых низко нагружаемых и высокоэффективных технологий очистки, которые реализуются в соответствии с принципами современного развития [16].

Наиболее распространенные технологии деградации соединений азота свободноплавающей биомассой приведены в таблице:

Таблица 1

Сравнительная характеристика современных способов очистки сточных вод от соединений азота

Технология	Преимущества	Недостатки
Анаэробное окисление аммония (ANAMMOX®)	Снижение энергетических затрат на проведение процесса в сравнении с традиционным процессом нитрификации-денитрификации на 60–90 % [11]. Отсутствие дополнительного источника углерода. Уровень образования углекислого газа снижается до 90 %. Уменьшение количества образования избыточного ила [16].	Длительное накопление активной биомассы, требуется запуск биотенка до периода активной эксплуатации
Нитритация-денитритация (SHARON®)	Технология не требует рециркуляции ила [13].	Необходимость поддержания высоких температур ˃ 26 С. Необходим дополнительный углеродный субстрат (метанол)
Частичная нитритация совместно с анаэробным окислением аммоний в двух разрозненных реакторах (SHARON® — ANAMMOX®)	Технология не требует дополнительного углеродного субстрата. Высокая степень удаления азота	Требуется значительные территориальные и энергетические затраты на размещение реакторов и их обслуживание
Нитрификация-денитрификация с лимитированной аэрацией (OLAND)	Возможно применение в оборотном реакторе или в условиях мембранного биофильтра	Присутствует процесс восстановления нитратов
Частичная нитритация совместно с анаэробным окислением аммония (CANON)	За счет образования совместной культуры аннаммокс бактерий и аэробных бактерий достигается высокая степень удаления азота в одном реакторе	Необходимость аэрации стока и контроль содержания растворенного кислорода
Соединение денитрификации и анаэробного окисления аммония (DEAMOX)	Позволяет очищать сток с высокой концентрацией азотных соединений и органики [8,12].	Незначительные экономические затраты вследствие отсутствия процесса аэрации [8,12].
Объединение частичной нитрификации, анаэробного окисления аммония и денитрификация (SNAD)	Позволяет очищать сток с высокой концентрацией азотных соединений [8,12].
Стимуляция нитрификации (BABE)	Возможно достижение полной нитрификации при незначительном пребывании активного ила [8].	Процесс требует наличия реактора для культивирования нитрифицирующих бактерий, в котором необходимо поддерживать высокую температуру
Денитрификация с использованием метана, как электронодонора (N-DAMO)	Совместно с анаммокс процессом данную технологию можно использовать при очистке стоков содержащих большое количество аммонийных солей и растворенного метана	Высокая пожаро- и взрывоопасность
Нитрификация-денитрификация в микробных топливных элементах	Данная технология позволяет использовать двойной аэробный и анаэробный катод, что позволяет производить электроэнергию [17].	Значительные финансовые затраты на эксплуатацию катода
Нитрификация в мембранных биореакторах	Позволяет осуществлять полную нитрификацию при условии даже низких температур. Данная технология также позволяет повысить возраст ила до 15 суток. Позволяет очищать стоки в условиях повторного рецикла [342].	Данная технология требует повышенных капитальных затрат на эксплуатацию мембран.

Одним из перспективных путей интенсификации процесса нитрификации-денитрификации является использование прикрепленных микроорганизмов в виде биопленки. На сегодня существуют различные системы очистки сточных вод от соединений азота с использованием прикрепленных биомасс. Они отличаются друг от друга принципом работы. Так, существуют биореакторы с движением воды относительно неподвижного материала загрузки, а также с движением загрузки относительно воды. Движение воды может обеспечиваться как сверху вниз, так и снизу вверх. Европейское поколение затопленных биофильтров (фильтры В2а) с многослойной фиксированной загрузкой успешно применяется для 2-й и 3-й ступеней очистки.

Биопленки представляют собою сложные сообщества микроорганизмов, прикрепленных к поверхности [10]. Эти микробные сообщества часто состоят из нескольких видов, которые помогают друг другу разрушать сложные органические соединения, попадание которых в водную среду крайне нежелательно [3].

На наружной поверхности биопленок находятся аэробные микроорганизмы, выделяющие гидролитические ферменты. В состав более глубоких слоев биопленок входят микроорганизмы, генерирующие и потребляющие водород, а также микроорганизмы брожения. Последние производят органические кислоты, используемые производителями водорода, и получают от них углерод и энергию за счет использования различных сахаров. В дополнение к метаболическим взаимодействиям между микроорганизмами, они выделяют сигнальные молекулы, которые обеспечивают меж- и внутривидовую коммуникацию. Эти особенности микроорганизмов, а также факторы окружающей среды способствуют пространственной организации биопленки [9].

На формирование биопленок большое влияние имеют геометрия и структура поверхности. Грубые и пористые поверхности в большей степени способствуют формированию биопленки. Образование биопленки ускоряется на пластиках с гидрофобной поверхностью. Полимерные носители высокой плотности (полистирол, полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и полиметилметакрилат-метакрилат) обладают хорошей гидрофобностью и полярностью поверхностного заряда, что способствует формированию биопленок. Но лучшими свойствами для формирования биопленок обладает полипропилен [15].

Из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы:

1) Наиболее экономически целесообразным методом очистки сточных вод от соединений азота в условиях ЛОС является биологический с использованием иммобилизованного биоценоза.

2) Для наиболее полной биодеградации компонентов сточных вод малых предприятий необходимо использовать специально подобранную ассоциацию микроорганизмов.

3) На эффективность очистки сточных вод с помощью биопленки влияет материал носителя. Полимерный носитель наиболее благоприятен для иммобилизации микрофлоры.

Литература:

1. Большаков Н. Ю. Биологическая очистка городских сточных вод / Н. Ю. Большакова. Из-во Политехнического университета, 2008
2. Лыков И. Н., Логинов А. А., Кулишов С. А. Использование процессов биосорбции для повышения эффективности очистки сточных вод и предотвращения экологического ущерба // Вестник Калужского университета. 2014. № 3. С. 5–10.
3. Лыков И. Н., Шестакова Г. А. Микроорганизмы. Биология и экология. — Калуга: Издатель Захаров С. И. («СерНа»), 2014. 400 с.
4. Максимова Ю. Г. Микробные биопленки в биотехнологических процессах //Биотехнология, 2013-№ 4
5. Синицин А. П., Райнина Е. И., Лозинский В. И., Спасов С. Д. Иммобилизованные клетки микроорганизмов. Из-во МГУ, 1994 г.
6. Швед О. М., Петрунина Р. О., Карпенко О. Я., Новіков В. П. Сучасні технології вилучення азоту зі стічних вод // BIOTECHNOLOGIAACTA, V.7, № 5–2014
7. Яневич М. И. Формирование ремедиационных биоценозов для снижения антропогенной нагрузки на водные и почвенные экосистемы. Авторефератдисс. Д.б.н., М: 2002
8. Bertino A. Studyon on onstage partial nitrotation-anammox in moving bed, biofilm reactors: asustainable nitrogen removal (Master thesis). Available at: http//www.2lwr.kth.se/Publikationer/PDF_Files/LWR_EX_11_05. pdf (accessed 14 Oktober 2014)
9. C. Nicolella, M. C. M. van Loosdrecht, J. J. Heijnen Wastewater treatment with particulate biofilm reactors // Journal of Biotechnology 80 (2000) 1–33.
10. Donlan R. M. Biofilms: Microbial Life on Surfaces // Emerg Infect Dis. 2002 8(9): 881–890.
11. Op den Camp H. J., Kartal B. Guvend van Niftrik U.F and al Clobal impact and application of the anaerobic ammonium-oxidizing (anammox) bacteria. Biochemical Society Transactions, 2006, V.34, P.174–178
12. Sablii L. A., Zhukova V. S., Modern biotechnologies of ammonium removal from wastewater. Visnyk NUVHP. 2010. 1(49). 25–31 (In Ukrainian)
13. Schmidt T., Sliekers O., Schmidt M., Bock E., Fuerst Y. A., Kuenen J. G. 14. Jettem M. S., Now concepts of microbial tveant processes for the nitrogen removal in wastewater. FEMS Microbiology Reviews. 2003, V. 27., P. 481–492
14. Sofia Andersson (2009): Characterization of Bacterial Biofilms for Wastewater Treatment. School of Biotechnology, Royal Institute of Technology (KTH), Sweden. http://www.diva-portal.org/smash/get/
15. Van derVleuten-Balkema A.J Sustainable wastewater treatment, developing a methodology and selecting promising systems (Doctoral dissertation). Available at:http//Alexandria.tue.nl/exta2/200312971 (accesset 14 October 2014)
16. Zhang F., He Z. Simmulataneous nitrification and denitrification with electricity generation in dual-catode microbial fuel cells. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2012. V.87

Основные термины (генерируются автоматически): соединение азота, вод, биологическая очистка, SHARON, ANAMMOX, анаэробное окисление аммония, активный ил, сточная вода, современный способ очистки, формирование биопленок.

moluch.ru

Анаэробная очистка сточных вод особенности технологии

Химические предприятия потребляют много сточных вод, сбрасывая впоследствии большое количество сильно загрязненных жидкостей. Таким образом, задача рационального комплексного применения водных ресурсов сегодня стоит особенно остро и является важной технической, экономической и технологической задачей. Один из методов анаэробная очистка сточных вод.

Почему сточные воды нужны очищать?

В сточных водах содержатся различные примеси, коллоидные и грубодисперсные частицы, минеральные, органические, биологические вещества. Чтобы сточные воды не оказывали негативного влияния на экологию, загрязняя окружающую среду, перед их сбросом нужно обязательно проводить очистку, главная задача которой – обеззараживание, осветление, дегазация, дистилляция, умягчение. Очистка сточных вод, загрязненных различными химическими веществами, производится разными способами. Самые популярные среди них – механические, химические, физико-химические и биологические.

Что собой представляет биологическая очистка сточных вод

Биологическая очистка производится с применением органических веществ. Данная методика основывается на способности микроорганизмов утилизировать растворенные в сточных водах органические вещества. Потребление органики происходит в присутствии и отсутствии кислорода.

Методы биологической очистки

Методы биологической очистки – аэробный и анаэробный. Анаэробный проводится при отсутствии контакта с кислородом. Благодаря доступной стоимости и высокой эффективности, данная методика пользуется максимально широким спросом в современной промышленности.

Методы аэробной очистки сточных вод: как происходит очистка сточных вод в аэробных условиях

Процесс обеззараживания загрязненных сточных вод с участием аэробных микроорганизмов проходит при условии постоянного доступа кислорода (именно от кислорода зависит жизнедеятельность органических веществ). Сам процесс очистки протекает в биореакторе или аэротенке (специальная емкость из пластика, металла или бетона). В резервуаре на незначительном расстоянии от днища располагаются сита и щетки – они выполняют роль основы для размещения колоний аэробных бактерий.

Для обеспечения постоянного доступа кислорода на дне емкостей прокладываются аэраторы – специальные трубки с отверстиями. Воздух, который проходит по ним, насыщает стоки кислородом и тем самым создает необходимые для жизнедеятельности и роста аэробов условия. Поскольку процессы окисления органических веществ сопровождаются выбросом больших объемов энергии, рабочая температура внутри аэротенка может заметно повышаться.

Для нормальной систем рассматриваемого типа нужна сложная система электроники. Она способствует поддержанию необходимых для жизнедеятельности аэробных бактерий условий.

Особенности процессов биологического очищения анаэробным способом

Анаэробная очистка применяется преимущественно для удаления осадка, ила и прочих загрязнений сточных вод. Также она используется для переработки других видов осадков, твердых отходов. Септики представляют собой подземные, герметично закрытые горизонтальные емкости, на дне которых образуется твердый осадок. Впоследствии он гниет и разлагается. Происходят данные процессы именно благодаря воздействию анаэробных микроорганизмов.

Главная задача септика анаэробной установки – отделение растворимых частиц жидкости от нерастворимых и разложение загрязнений посредством обработки анаэробными микроорганизмами. Преимущество анаэробных очистных систем – незначительное образование биомассы вредных микроорганизмов. Использовать метод целесообразно при невысоком уровне грунтовых вод.

Методы анаэробной очистки. Анаэробная биологическая очистка сточных вод

Процессы анаэробной очистки воды происходят в метантенках и биореакторах (данные установки являются герметичными). Материалы изготовления емкостей – металл, пластик, бетон. Поскольку для деятельности микроорганизмов кислород не нужен, все процессы очистки протекают без выброса энергии, и температура не повышается. При разложении органических составляющих, которые находятся в воде, численность колоний бактерий остается практически неизменной. Поскольку сложная система контроля за условиями среды в данном случае не требуется, стоимость методики получается сравнительно невысокой.

Главный недостаток анаэробной очистки – образование в результате деятельности анаэробов горючего газа метана. Поэтому конструкции можно устанавливать только на ровных, хорошо продуваемых поверхностях, по их периметру нужно обустраивать газоанализаторы с последующим подключением к системе пожарного оповещения. К слову, анаэробная очистка в большинстве случаев применяется для обслуживания загородных домов и дач в ЛОС.

Схема очистного сооружения и устройство итп (тепловых пунктов) зданий

Анаэробная очистка представляет собой не целостную схему, а только отдельную ступень в сложной системе очистки стоков от различных загрязнений. Схема переработки воды выглядит в очистном сооружении следующим образом:

1. Стоки с содержанием органики и неорганики, крупных частиц (камни, песок), синтетических включений попадают в первую камеру (ее называют отстойником). В отстойнике происходит механическая очистка сточных вод под воздействием силы земного притяжения. Основные тяжелые составляющие оседают на дно емкости.
2. После предварительной очистки стоки уже попадают во вторую камеру, где насыщаются кислородом. Крупные органические включения здесь же дробятся на мелкие частицы. В некоторых установках в данных камерах находятся елочки и щетки из стали, которые задерживают не разлагаемые компоненты вроде полиэтилена, синтетических волокон, других материалов, практически не поддающихся разложению.
3. Насыщенные кислородов сточные воды перетекают в емкость биореактора, где разлагается органика.
4. Финишная гравитационная очистка производится в последней камере. На дне данного отсека находится известковая засыпка, связывающая химически активные элементы.

На выходе из очистной станции может дополнительно устанавливаться отдельное фильтрующее устройство. Оно гарантирует максимальную степень очистки – до 99%. Станции биологической очистки после запуска работают полностью автономно.

Все преобразовательные процессы тесно взаимосвязаны и протекают в емкости анаэробного биореактора в установленном порядке. Любое технологическое нарушение приводит к сбою всех процессов. Поэтому проектирование очистных сооружений должно быть максимально точным – как и их настройка на соответствующую сточную воду.

В зависимости от преобладающего класса органических веществ (имеются в виду сточные водные массы), изменяется и состав биогаза, а также процентное содержание метана в нем. Углеводы разлагаются легко, но долю метана они дают меньшую. При разложении масел и жиров образуется большое количество биогаза со значительным содержанием метана. Процессы разложения протекают медленно. Жирные кислоты – в данном случае побочные продукты разложения масел и жиров – часто становятся дополнительным препятствием для нормального течения процесса разложения.

Самыми современными и совершенными сооружениями, используемыми для сбраживания осадков, являются метатенки. Благодаря их применению, сроки сбраживания заметно сокращаются – ведь искусственный подогрев значительно уменьшает объем сооружений. Сегодня метатенки повсеместно применяются в зарубежной и отечественной практике. Визуально они представляют собой резервуары – железобетонные, цилиндрической формы, с коническим днищем, герметичным перекрытием. Вверху резервуара предусмотрен колпак для сбора и отвода газовых масс. Метатенки оборудуются пропеллерной мешалкой, устанавливаемой в цилиндрической трубе и работающей от электродвигателя, теплообменником, имеющим вид системы труб, патрубками.

Для выгрузки отферментированных масс используется особое устройство – аппарат с вертикальной трубой, сливным патрубком, запорным устройством. Внутрь метатенка осуществляется подача смеси из свежего (сырого) осадка, который находится в первичныз отстойниках, а также активный ил (он попадает после аэротенка во вторичный отстойник). Следующий этап рабочего процесса – сбраживание. Оно бывает термофильным и мезофильным (осуществляется при температуре 50-55 и 30-35 градусов Цельсия). При термофильном сбраживании процессы распада протекают намного быстрее, но уже сброженный осадок воду отдает хуже. Смесь газов, которые выделяются при сбраживании, состоит из метана и углекислого газа в соотношении 7 к 3.

Аэробные и анаэробные методы очистки сточных вод: преимущества

Основные преимущества методик биологической очистки стоков:

1. Доступная цена – стоимость очистки кубометра стоков с применением химического и механического метода получается выше, чем с применением биологического.
2. Простота использования, надежность – сразу после запуска в работу станции биоочистки начинают работать полностью автономно. Закупать расходные материалы не требуется.
3. Экологичность – прошедшие очистку сточные воды можно смело сливать в грунт, не опасаясь за состояние окружающей среды. После работы станции не остается никаких реагентов, которые нужно утилизировать соответствующим образом. Оседающий на дно камеры ил – отличное удобрение.

Степень очистки составляет 99%, то есть очищенную биологическим способом воду теоретически можно пить, но практически этого лучше не делать. Так как колонии бактерий имеют способность к самовоспроизведению, заменять их достаточно один раз в пять лет.

Природная биологическая очистка

В природе протекают свои процессы биологической очистки вод, но на них уходят годы. Если загрязненные стоки попадают в грунт, они сразу впитываются в почву, где перерабатываются особыми микроорганизмами. При попадании жидкости на глинистые почвы образуется биопруд – в нем сточные воды постепенно под воздействием процесса гравитации осветляются, на дне образуется органический осадок. Но на эти процессы требуется очень много времени – а пока природа сама очищает воду от загрязнений, экологическая ситуация стремительно ухудшается.

Заключение

У анаэробного метода очистки сточных вод есть свои преимущества и недостатки. С одной стороны, в процессе очистки не образуется большое количество активного ила – а значит, его не нужно утилизировать. С другой, применять способ можно только при низких концентрациях субстрата. Около 89% энергии уходит на выработку метана, скорость прироста биомассы низкая. Эффективность очистки рассматриваемым способом высокая, но в ряде случаев стоки все равно доочищаются.

global-aqua.ru

---

• 
  Установки комплексной очистки сточных вод
• 
  Кран для газа в квартире
• 
  Монтаж скважины
• 
  Водяной насос мини
• 
  Насосная станция эжекторная
• 
  Как разложить воду на кислород и водород в домашних условиях
• 
  На водном бассейн
• 
  Мембрана запорная бачка унитаза
• 
  Чистка септиков и выгребных ям
• 
  Регистрация скважины на воду 2018
• 
  Машинка стиральная в туалете