Биохимическая очистка сточных вод. Сущность процессов, область применения

Биологический (биохимический) метод очистки применяют для очистки произ­водственных сточных вод от многих растворенных органических веществ., в том числе и от нефтепродуктов.

Сточные воды, направляемые на биохимическую очистку, характеризуются ве­личиной БПК и ХПК. БПК - это биохимическая потребность в кислороде, использованного при биохимических процессах окисления органи­ческих веществ за определенный промежуток времени (2,5,8,10,20 сут) в мг О 2 на литр сточной воды (или на 1 мг вещества). Например, БПК 5 - биохимическая потреб­ность в кислороде за 5 сут, БПК полн. - полная биохимическая потребность в кислороде до окончания процесса биоокисления.

Процесс биологической очистки основан на способности микроорганизмов ис­пользовать растворенные органические вещества для питания в процессе своей жиз­недеятельности. Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы частично разру­шают их, превращая в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы. Другая часть вещества идет на образование биомассы. Такое разрушение органических веществ на­зывают биохимическим окислением.

Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки сточных вод. Аэробный метод основан на использовании аэробных групп организмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура 20-40°С. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле. Активный ил состоит из живых организмов и твердого субстрата. Живые организмы представляют собой сообщество множества видов микроорганизмов, называемых биоценозом.

Живые орга­низмы представлены скоплениями бактерий и одиночными бактериями, простейши­ми, червями, плесневыми грибами, дрожжами и редко - личинками насекомых, рач­ков, водорослями. Это сообщество называется биоценозом. Биоценоз активного ила представлен в основном двенадцатью видами микроорганизмов и простейших.

Анаэробные методы очистки протекают без доступа кислорода, их ис­пользуют главным образом для обезвреживания осадков.

Качество ила определяется скоростью его осаждения и степенью очистки воды. Крупные хлопья оседают быстрее, чем мелкие. Процесс биохимического окисления протекает интенсивнее в мелких, взвешенных хлопьях ила, так как при этом облегчается и ускоряется внутренняя диффузия органических примесей, т.е. диффузия их во внутриклеточном пространстве организмов. Именно по этой причине для эффектив­ности процесса активный ил должен систематически перемешиваться в сооружении очистки. Состояние ила характеризует иловый индекс, который представляет собой отношение объема неосаждаемой части активного ила к массе высушенного осадка после 30-минутного отстаивания. Чем хуже оседает ил, тем более высокий иловый индекс он имеет.

Биопленка растет на наполнителе биофильтра, она имеет вид слизистых обрас­таний толщиной 1-3 мм и более. Цвет ее меняется с изменением состава сточных вод от серовато-желтого до темно-коричневого. В биоценозе биопленки более расширен­ный видовой состав, чем в активном иле. Личинки комаров, мух, клещей поедают ак­тивный ил и биопленку и тем способствуют более рыхлой их структуре, что, в свою очередь, как уже было сказано выше, способствует большей эффективности очистки.

Показатель, характеризующий биохимическую деятельность биоценоза назы­вается биохимической активностью. Этот биохимический показатель зависит от со­става примесей в сточной воде, и является параметром, необходи­мым для расчета и эксплуатации очистных сооружений при биологической очистке. Этот показатель определяется как отношение БПК ПОЛН /ХПК и колеблется в очень широком диапазоне для различных сточных вод. По биохимическому показателю производственные сточные воды делятся на четыре группы. Первая группа имеет са­мый высокий биохимический показатель выше. Именно эту группу составляют сточ­ные воды пищевой промышленности. Чем больше в сточной воде минеральных при­месей в сравнении с органическими, тем ниже биохимический показатель, и тем со­ответственно ниже биоразлагаемость сточных вод.

На эффективность биохимической очистки влияют ряд факторов:

Температура (20-30ºС);

Аэрация кислорода (количество растворенного в воде кислорода);

Присутствие в сточной воде биохимических элементов и их соединений (таких как N, P,K,Ca и другие).

В искусственных условиях очистку проводят в аэротенках или в биофильтрах.

Аэротенками называют железобетонные аэрируемые резервуары, в которых биохимическое окисление проходит по мере протекания через них смеси сточной во­ды и активного ила. Аэрация необходима для насыщения воды кислородом и поддер­жания ила во взвешенном состоянии.

Одна из схем биологической очистки с приме­нением аэротенка показана на рис.1.

Рис. 1. Схема биологической очистки сточных вод

Сточную воду направляют в первичный отстойник, куда для улучшения осаж-дения взвешенных частиц можно добавить избыточный активный ил из вторичного отстойника. При этом активный ил работает и как коагулянт, агрегирующий и осаж­дающий взвешенные примеси. Затем осветленная вода поступает в преаэратор-усреднитель, в который также направляется часть избыточного ила из вторичного от­стойника. В преаэраторе сточные воды усредняются, аэрируются в течение 15-20 мин и здесь происходит первичное окисление, т.е. очистка от наиболее легко окисляемых примесей. Кроме того, в преаэраторе извлекаются за счет сорбции активным илом ионы тяжелых металлов и другие токсичные вещества, неблагоприятно влияющие на процесс биохимического окисления.

Из преаэратора сточная вода поступает в собственно аэротенк, в котором про­исходит основной этап биохимического окисления. Перед аэротенком сточная вода должна содержать не более 150 мг/л взвешенных веществ (для этого и работает пер­вичный отстойник), температура сточной воды должна быть не ниже 20 и не выше 30°С, рН - в пределах 6,5-9. Время аэрации в аэротенке определяется расчетом: обычно принимается до 10, иногда до 20, но не менее двух часов.

После биохимического окисления в аэротенке вода с хлопьями активного ила (биомасса его в аэротенке увеличивается) поступает во вторичный отстойник, где ак­тивный ил отделяется в виде шлама и утилизируется, частично возвращаясь в преаэратор и в аэротенк, а основная масса избыточного ила используется в качестве удобрения на полях. Очищенная вода из вторичного отстойника собирается через вы­пускной лоток.

Эти методы применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворимых органических и некоторых неорганических (сероводорода, аммиака, сульфидов, нитритов и др.) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать перечисленные вещества для питания в процессе жизнедеятельности – органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода. Биохимическая очистка сточных вод может протекать в аэробных (биохимическое окисление) и анаэробных (биологическое разложение) условиях.

Очистка в анаэробных условиях происходит под действием анаэробных микроорганизмов, в результате количество органических загрязнителей, содержащихся в сточной воде, уменьшаются благодаря превращению их в газы (метан, двуокись углерода) и растворенные соли, а также росту биомассы анаэробных растений. Распад осуществляется в 2 фазы: вначале органическое вещество превращается в органические кислоты и спирты (первая группа микроорганизмов), а затем органические кислоты и спирты – в метан и двуокись углерода (вторая группа микроорганизмов).

Процесс в целом зависит от поддержания благоприятных для обеих групп микроорганизмов среды и равновесие между фазами должен быть таким, чтобы кислоты удалялись с той же скоростью, с которой они образуются. Анаэробный метод используется в основном для сбраживания избыточного активного ила, образующегося при анаэробной очистке.

Очистка в анаэробных условиях происходит в присутствии растворенного в воде кислорода, представляя собой модификацию протекающего в природе естественного процесса самоочищения водоёмов. Для биоочистки промышленных сточных вод наиболее распространены процессы с использованием активного ила, проводимые в аэротенках. Активный ил создается за счет взвешенных частиц, не задержанных при отстаивании, и за счет коллоидных веществ с размножающимися на них микроорганизмами. Активный ил в аэрируемой жидкости значительно ускоряет процессы окисления и создает условия для процессов адсорбции органических веществ.

Разрушение органических веществ до углекислого газа и других безвредных продуктов окисления происходит вследствие биоценоза, т.е. комплекса всех бактерий и простейших микроорганизмов, развивающихся в данном сооружении. Потребление микроорганизмами органических составляющих сточных вод происходит в 3 стадии: 1) массопередача органического вещества и кислорода из жидкости к поверхности клетки; 2) диффузия вещества и кислорода через полупроницаемую мембрану клетки; 3) метаболизм диффундированных продуктов, сопровождающийся приростом биомассы, выделением энергии, диоксида углерода и т.д.

Интенсивность и эффективность биологической очистки сточных вод определяется скоростью разложения бактерий.

Биологическая очистка сточных вод может осуществляться в естественных или искусственных условиях.

В естественных условиях используют специально подготовленные участки земли (поля орошения и фильтрации) или биологические пруды. Они представляют собой земляные резервуары глубиной 0,5¸1 м, в которых происходят те же процессы, что и при самоочищении водоёма.

Поля орошения – специально подготовленные земельные участки, используемые одновременно для очистки сточных вод и агрокультурных целей, т.е. для выращивания зерновых и силосных культур, трав, овощей, а также для посадки кустарников и деревьев. Поля фильтрации предназначены только для биологической очистки сточных вод.

Поля орошения и биологические пруды располагают на местности, имеющей уклон ступенями, для того чтобы вода самотеком переливалась с одного участка на другой. Очистка от загрязнений происходит в процессе фильтрации вод через почву, в которой задерживаются взвешенные и коллоидные частицы, образуя в порах грунта пленку. В глубокие слои почвы проникновение кислорода затруднено, поэтому наиболее сильное окисление происходит в верхних слоях почвы, т.е. на глубине до 0,2¸0,4 м.

Биологические пруды – предназначены для биологической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Их выполняют в виде каскада прудов, составляющих из 3¸5 ступеней. Процесс очистки сточных вод реализуется по следующей схеме: бактерии используют для окисления загрязнений кислород, выделенный водорослями в процессе фотосинтеза, а также кислорода из воздуха. Водоросли потребляют двуокись углерода, фосфаты и аммонийный азот, выделяемый при биохимическом разложении органических веществ. Поэтому для нормальной работы прудов необходимо соблюдать оптимальные значения рН и температуру сточной воды. Температура должна быть не менее 6°С, в связи с чем, в зимнее время пруды не эксплуатируются.

Различают пруды с естественной и искусственной аэрацией. Глубина прудов с естественной поверхностной аэрацией не превышает 1 м. При искусственной аэрации прудов с помощью механических аэраторов или продувки воздуха через толщу воды их глубина увеличивается до 3 м. Применение искусственной аэрации ускоряет процессы очистки воды. Недостатками прудов является низкая окислительная способность, сезонность работы, потребность в больших территориях.

Сооружения для искусственной биологической очистки по признаку расположения в них активной биомассы можно разделить на 2 группы: 1) активная биомасса находится в обрабатываемой сточной воде во взвешенном состоянии (аэротенки, окситенки); 2) активная биомасса закрепляется на неподвижном материале, а сточная вода обтекает его тонким пленочным слоем (биофильтры).

Аэротенки представляют собой железобетонные резервуары, прямоугольные в плане, разделенные перегородками на отдельные коридоры.

Сточная вода после сооружений механической очистки смешивается с возвратным активным илом (биоценозом) и, последовательно пройдя по коридорам аэротенка, поступает во вторичный отстойник. Время нахождения в аэротенке обрабатываемой сточной воды в зависимости от её состава колеблется от 6 до 12 часов. За это время основная масса органических загрязнений перерабатывается биоценозом активного ила. Для поддержания активного ила во взвешенном состоянии, интенсивного его перемешивания и насыщения обрабатываемой смеси кислорода воздуха в аэротенках устраивают различные системы аэрации (чаще механическая или пневматическая). Из аэротенков смесь обработанной сточной воды и активного ила поступает во вторичный отстойник, откуда осевший на дно активный ил с помощью специальных устройств (илососов) отводится в резервуар насосной станции, а очищенная сточная вода поступает либо на дальнейшую доочистку, либо дезинфицируется. В процессе биологического окисления происходит прирост биомассы активного ила. Для создания оптимальных условий её жизнедеятельности избыток ила выводится из системы и направляется в сооружения по обработке осадка, а основная часть в виде возвратного ила снова возвращается в аэротенк.

Комплексы очистных сооружений, в состав которых входят аэротенки, имеют производительность от нескольких десятков до 2¸3 млн. м 3 сточных вод в сутки.

Вместо воздуха для пневматической аэрации сточных вод может подаваться чистый кислород. Для этого процесса используют окситенки, несколько отличные по конструкции от аэротенков. Окислительная способность окситенков в 3 раза выше.

Биофильтры находя широкое применение при суточных расходах бытовых и производственных сточных вод до 20¸30 тыс. м 3 в сутки. Важнейшей составной частью биофильтров является загрузочный материал. По типу загрузочного материала их разделяют на 2 категории: с объёмной и плоской загрузкой. Биофильтры – это резервуары кругло и прямоугольной формы, которые заполняются загрузочным материалом. Объёмный материал, состоящий из гравия, керамзита, шлака с крупностью фракций 15¸80 мм, после сортировки фракций засыпается слоем высотой 2¸4 м. Плоскостной материал выполняется в виде жестких (кольцевых, трубчатых элементов из пластмасс, керамики, металла) и мягких (рулонная ткань) блоков, которые монтируются в теле биофильтра слоем толщиной 8 м.

Сточная вода, подаваемая выше поверхности загрузочного материала, равномерно распределяется через него, при этом на поверхности материала образуется биологическая пленка (биоценоз), аналогичная активному илу в аэротенках. Загрузочный материал поддерживается решетчатым днищем, сквозь отверстия которого обработанная сточная вода поступает на сплошное дно биофильтра и с помощью лотков отводится из биофильтра во вторичный отстойник.

Биофильтры с объёмной загрузкой эффективны при полной биологической очистке. Биофильтры с плоскостной загрузкой также могут применяться для полной биологической очистки, но их целесообразнее применять в качестве первой ступени двухступенчатой биологической очистки тогда, когда имеют место залповые выбросы высококонцентрированных производственных сточных вод или производится реконструкция очистных комплексов.

При эксплуатации сооружений биологической очистки необходимо соблюдать технологический регламент их работы, не допускать перегрузок и особенно залповых поступлений токсичных компонентов, поскольку такие нарушения могут губительно сказаться на жизнедеятельности организмов. Поэтому в сточных водах, направляемых на биологическую очистку, содержание нефти и нефтепродуктов должно быть не более 25 мг/л, ПАВ – не более 50мг/л, растворенных солей – не более 10 г/л.

Биологическая очистка не обеспечивает полного уничтожения в сточных водах всех болезнетворных бактерий. Поэтому после неё воду дезинфицируют жидким хлором или хлорной известью, озонированием, ультрафиолетовым излучением, электролизом или ультразвуком.

Обеззараживание очищенных сточных вод проводится для уничтожения содержащихся в них болезнетворных бактерий, вирусов и микроорганизмов; эффект обеззараживания должен составлять практически 100%. Поэтому после полной очистки в сточные воды вводят соединения хлора или другие сильные окислители (озон), обеспечивающие защиту водоемов от попадания в них возбудителей заболеваний.

Для природных вод, здоровья людей, для животных и рыб наиболее опасны различные радиоактивные отходы, которые образуются на атомных электростанциях при обработке ядерного топлива. Обработка сточных вод, содержащих радиоактивные загрязнения, зависит от уровня активности и солесодержания. Воды с низким солесодержанием обрабатываются ионообменными и намывными фильтрами. При высоком солесодержании методы электродиализа и выпаривания, а остаточные загрязнения снимаются на ионообменных установках. Все сточные воды с радиоактивностью, выше допустимой, сливают в специальные подземные резервуары или закачивают в глубокие подземные бессточные бассейны.

Эти методы применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворённых органических и некоторых неорганических (сероводорода, аммиака, сульфидов, нитритов и др.) веществ. Процесс очистки основан на способности определённых микроорганизмов использовать указанные вещества для питания: органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода. Микроорганизмы частично разрушают их, превращая в СO 2 , Н 2 O, нитрат и сульфат-ионы, частично используют для образования собственной биомассы. Процесс биохимической очистки по своей сути – природный, его характер одинаков для процессов, протекающих как в природных водоёмах, так и в очистных сооружениях.

Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим множество различных бактерий, простейших и более высокоорганизованных организмов (водорослей, грибов), связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями. Это сообщество называют активным илом, он содержит от 106 до 1014 клеток на 1 г сухой биомассы (около 3 г микроорганизмов на 1 литр сточной воды).

Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки сточных вод.

Аэробный процесс. Для его осуществления используются группы микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходимы постоянный приток кислорода (2 мг O 2 /л), температура 20 – 30 °С, рН среды 6,5 – 7,5, соотношение биогенных элементов БПК: N: Р не более 100: 5: 1. Ограничением метода является содержание токсичных веществ не выше: тетраэтилсвинца 0,001 мг/л, соединений бериллия, титана, Сг 6+ и оксида углерода 0,01 мг/л, соединений висмута, ванадия, кадмия и никеля 0,1 мг/л, сульфата меди 0,2 мг/л, цианистого калия 2 мг/л.

Аэробная очистка сточных вод проводится в специальных сооружениях: биологических прудах, аэротенках, окситенках, биофильтрах.

Биологические пруды предназначены для биологической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Их выполняют в виде каскада прудов, состоящих из 3 – 5 ступеней. Процесс очистки сточных вод реализуется по следующей схеме: бактерии используют для окисления загрязнений кислород, выделяемый водорослями в процессе фотосинтеза, а также кислород из воздуха. Водоросли, в свою очередь, потребляют оксид углерода, фосфаты и аммонийный азот, выделяемый при биохимическом разложении органических веществ. Поэтому для нормальной работы прудов необходимо соблюдать оптимальные значения рН и температуру сточной воды. Температура должна быть не менее 6 °С, в связи с чем в зимнее время пруды не эксплуатируются.

Различают пруды с естественной и искусственной аэрацией. Глубина прудов с естественной поверхностной аэрацией, как правило, не превышает 1 м. При искусственной аэрации прудов с помощью механических аэраторов или продувки воздуха через толщу воды их глубина увеличивается до 3 м. Применение искусственной аэрации ускоряет процессы очистки воды. Следует указать и недостатки прудов: низкую окислительную способность, сезонность работы, потребность в больших территориях.

Сооружения для искусственной биологической очистки по признаку расположения в них активной биомассы можно разделить на две группы:

– активная биомасса находится в обрабатываемой сточной воде во взвешенном состоянии (аэротенки, окситенки);

– активная биомасса закрепляется на неподвижном материале, а сточная вода обтекает его тонким плёночным слоем (биофильтры).

Аэротенки представляют собой железобетонные резервуары, прямоугольные в плане, разделенные перегородками на отдельные коридоры.

Для поддержания активного ила во взвешенном состоянии, интенсивного его перемешивания и насыщения обрабатываемой смеси кислородом воздуха в аэротенках устраиваются различные системы аэрации (чаще механическая или пневматическая). Из аэротенков смесь обработанной сточной воды и активного ила поступает во вторичный отстойник, откуда осевший на дно активный ил с помощью специальных устройств (илососов) отводится в резервуар насосной станции, а очищенная сточная вода поступает либо на дальнейшую доочистку, либо дезинфицируется. В процессе биологического окисления происходит прирост биомассы активного ила. Для создания оптимальных условий её жизнедеятельности избыток ила выводится из системы и направляется в сооружения по обработке осадка, а основная часть в виде возвратного активного ила снова возвращается в аэротенк. Концентрация иловой массы в аэротенке (доза ила по сухому веществу) составляет 2 – 5 г/л; расход воздуха 5 – 15 м 3 на 1 м 3 сточной воды; нагрузка по органическим загрязнителям 400 – 800 мг БПК на 1 г беззольного активного ила в сутки. При этих условиях обеспечивается полная биологическая очистка. Время нахождения сточной воды в зависимости от её состава колеблется от 6 до 12 ч. Комплексы очистных сооружений, в состав которых входят аэротенки, имеют производительность от нескольких десятков до 2 – 3 млн. м 3 сточных вод в сутки.

Для пневматической аэрации сточных вод вместо воздуха может подаваться чистый кислород. Для такого процесса используются окситенки , несколько отличные по конструкции от аэротенков. Окислительная способность окситенков в 3 раза выше последних.

Биофильтры находят применение при суточных расходах бытовых и производственных сточных вод до 20 – 30 тыс. м 3 в сутки. Биофильтры представляют собой резервуары круглой или прямоугольной формы в плане, которые заполняются загрузочным материалом. По характеру загрузки биофильтры разделяют на две категории: с объёмной и плоскостной загрузкой. Объёмный материал, состоящий из гравия, керамзита, шлака с крупностью фракций 15 – 80 мм, засыпается слоем высотой 2 – 4 м. Плоскостной материал выполняется в виде жёстких (кольцевых, трубчатых элементов из пластмасс, керамики, металла) и мягких (рулонная ткань) блоков, которые монтируются в теле биофильтра слоем толщиной 8 м.

Анаэробный процесс . Здесь происходит биологическое окисление органических веществ в отсутствие молекулярного кислорода за счёт химически связанного кислорода в таких соединениях, как SO 4 2─ , SO 3 2─ , СO 3 2─ . Процесс протекает в две стадии: на первой образуются органические кислоты, на второй стадии образовавшиеся кислоты преобразуются в метан и СO 2: органические соединения + О 2 + кислотообразующие бактерии → летучие кислоты + СН 4 + СO 2 + Н 2 + новые клетки + другие продукты → летучие кислоты + О 2 + метанобразующие бактерии → СН 4 + СO 2 + новые клетки.

Основной процесс проводится в метантенках. В них перерабатывается активный ил и концентрированные сточные воды (обычно БПК > 5000), содержащие органические вещества, которые разрушаются анаэробными бактериями в ходе метанового брожения. Указанное брожение в естественных условиях протекает на болотах.

Основная цель анаэробной очистки – уменьшение объёма активного ила или количества органических веществ в сточной воде, получение метана (до 0,35 м 3 при нормальных условиях на 1 кг ХПК) и хорошо фильтрующего и без запаха осадка. Осадки после фильтрации могут быть использованы в качестве удобрения в растениеводстве (если содержание в них тяжёлых металлов ниже ПДК). Получаемый в метантенках газ содержит до 75 % (об.) метана (остальное – СO 2 и воздух) и используется в качестве горючего. В то же время анаэробный процесс весьма чувствителен к залповым выбросам, что приводит к выходу из «строя» микрофлоры. На её восстановление может быть потрачено от 1 до 6 месяцев. В связи с образованием метана этот процесс взрыво- и пожароопасен.

Биологическая очистка загрязнённых вод может быть, помимо биологических прудов, осуществлена в естественных условиях, для чего используют специально подготовленные участки земли (поля орошения и фильтрации). В этих случаях для освобождения сточных вод от загрязняющих примесей используется очищающая способность самой почвы. Фильтруясь сквозь слой почвы, вода оставляет в ней взвешенные, коллоидные и растворённые примеси. Микроорганизмы почвы окисляют органические загрязняющие вещества, превращая их в простейшие минеральные соединения – диоксид углерода, воду, соли.

Поля орошения используются одновременно для очистки сточных вод и выращивания зерновых и силосных культур, трав, овощей, а также посадки кустарников и деревьев. Поля фильтрации используются только для очистки сточных вод.

Земледельческие поля орошения (ЗПО) располагают на местности, имеющей уклон, ступенями для того, чтобы вода самотёком переливалась с одного участка на другой. Устройство ЗПО позволяет комплексно решать проблемы охраны окружающей среды, благоустройства города и развитие пригородного сельского хозяйства.

После биологической очистки сточных вод на искусственных сооружениях общее содержание в них бактерий уменьшается на 90 – 95 %, а при очистке на ЗПО – на 99 %. Для полного обеззараживания сточных вод их необходимо подвергнуть химическому обеззараживанию (хлором, озоном, пероксидом водорода, ультрафиолетом, ультразвуком).

При эксплуатации сооружений биологической очистки необходимо соблюдать технологический регламент их работы, не допускать перегрузок и особенно залповых поступлений токсичных компонентов, поскольку такие нарушения могут губительно сказаться на жизнедеятельности микроорганизмов. Поэтому в сточных водах, направляемых на биологическую очистку, содержание нефти и нефтепродуктов должно быть не более 25 мг/л, ПАВ – не более 50 мг/л, растворённых солей – не более 10 г/л. Кислотность сточных вод, поступающих на биохимическую очистку, не должна превышать 9, в противном случае микроорганизмы-минерализаторы погибнут.

Методы очистки сточных вод и экологически чистые технологии водооотведения (Документ)

Соколов М.П. Очистка сточных вод. Учебное пособие (Документ)

Методы очистки сточных вод (Документ)

Круппо М.В. Определение необходимой степени очистки сточных вод (Документ)

Биологические методы очистки сточных вод (Документ)

Шпаргалки - Ответы к экзамену по технике защиты окружающей среды. Очистка сточных вод. Утилизация осадков сточных вод (Шпаргалка)

Шифрин С.М., Иванов Г.В., Мишуков Б.Г., Феофанов Ю.А. Очистка сточных вод предприятий мясной и молочной промышленности (Документ)

n1.doc

1. Биохимические методы очистки сточных вод. Сущность метода.
2. Закономерности распада органических веществ	5
3. Влияние различных факторов на процесс биохимической очистки
4. Классификация биохимических методов	8
4.1. Аэробные методы очистки	9
4.2. Анаэробные методы очистки	15
Список литературы	17

1. Биохимические методы очистки сточных вод. Сущность метода.

Биологическое окисление – широко применяемый на практике метод очистки сточных вод, позволяющий удалить из них многие органические и некоторые неорганические (сероводород, сульфиды, аммиак, нитриты и др.) вещества. Биохимическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические загрязнения в качестве источника питания в процессах своей жизнедеятельности. Биологическим путем обрабатываются, подвергаясь частичной или полной деструкции, многие виды органических загрязнений городских и производственных сточных вод. Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы частично разрушают их, превращая в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы и др. Другая часть вещества идет на образование биомассы. Некоторые органические вещества способны легко окисляться, а некоторые не окисляются совсем или очень медленно.

Широкое использование биохимического метода обусловлено его достоинствами: возможностью удалять из сточных вод разнообразные органические и некоторые неорганические соединения, находящиеся в воде в растворенном, коллоидном и нерастворенном состоянии, в том числе токсичные; простотой аппаратурного оформления, относительно невысокими эксплуатационными затратами, глубиной очистки. К недостаткам следует отнести высокие капитальные затраты, необходимость строгого соблюдения режима очистки, токсичное действие на микроорганизмы ряда органических и неорганических соединений, необходимость разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей.

Для определения возможности подачи промышленных сточных вод на биохимические очистные сооружения устанавливают максимальные концентрации токсичных веществ, которые не влияют на процессы биохимического окисления (МК б) и на работу очистных сооружений (МК бос). При отсутствии таких данных возможность биохимического окисления устанавливается по биохимическому показателю БПК п /ХПК. Для бытовых сточных вод это отношение составляет при­мерно 0,86, а для производственных изменяется в очень широких пре­делах: от 0 до 0,9. Сточные воды с низким отношением БПК п /ХПК, как правило, содержат токсичные примеси, предварительное извлечение которых может повысить это отношение, т.е. обеспечить возможность биохимического окисления. Поэтому сточные воды не должны содержать ядовитых веществ и примесей солей тяжелых металлов. Биохимическую очистку считают полной, если БПК п очищенной воды составляет менее 20 мг/л и неполной, если БПК п > 20 мг/л. Такое определение условно, так как даже при полной биохимической очистке происходит лишь частичное освобождение воды от суммы находящихся в ней примесей.

Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим множество различных бактерий, простейших, а также 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 варьируется от 10 6 до 10 14 клеток на 1 г сухой биомассы. В процессе биохимического окисления при аэробных условиях сообщество микроорганизмов носит название активного ила или биопленки. Активный ил состоит из живых микроорганизмов и твердого субстрата и по внешнему виду напоминает хлопья коагулянта с цветом от белесо-коричневого до темно-коричневого. Скопления бактерий в активном иле окружены слизистым слоем (капсулами) и называются зооглеями. Они способствуют улучшению структуры ила, его осаждению и уплотнению.

Активный ил представляет собой амфотерный коллоид, имеющий в интервале значений рН=4-9 отрицательный заряд, и обладающий большой адсорбционной способностью за счет развитой суммарной поверхности бактериальных клеток. Адсорбционная способность активного ила с течением времени понижается из-за насыщения загрязнениями сточной воды. Процесс восстановления идет за счет жизнедеятельности микроорганизмов, заселяющих активный ил, и называется регенерацией. Несмотря на существенные различия очищаемых сточных вод, элементарный химический состав активных илов достаточно близок, хотя и неидентичен. Это сходство есть результат общности его основы - бактериальных клеток. В состав клеток входят Н, N, S, С, О, Р, зола, белок, а также различные микроэлементы - В, V, Fe, Co, Мn, Мо, Сu и др. Н, N, С и О образуют группу органогенных веществ, эти элементы входят в бактериальные клетки в виде воды, белков, жиров и углево­дов; 80-85 % веса микробов составляет вода.

Сухое вещество активного ила представляет собой комплекс минеральных (10-30 %) и органических (70-90 %) веществ. Основную массу органических соединений составляют белки. В состав зольных частей клеток входят микроэлементы - Са, К, Mg, S, Мn, Сu, Na, Fe, Zn и др. Кроме того для построения бактериальной клетки необходимы биогенные элементы - фосфор, азот, калий. Качество ила определяется скоростью его осаждения и степенью очистки воды. Состояние ила характеризует иловый индекс, представляющий собой отношение объема осаждаемой части активного ила к массе высушенного осадка (в граммах) после отстаивания в течение 30 минут. Чем больше иловый индекс, тем хуже оседает ил.

2.Закономерности распада органических веществ

Механизм изъятия веществ из сточных вод и их потребление микроорганизмами весьма сложен. В целом этот процесс может быть условно разделен на три стадии:

1) массопередача вещества из жидкости к поверхности клетки, за счет молекулярной и конвективной диффузии;

2) диффузия вещества через полупроницаемую мембрану поверхности клетки, возникающая вследствие разности концентраций вещества в клетке и вне ее;

3) процесс превращения вещества (метаболизм), протекающий внутри клетки, с выделением энергии и синтезом нового клеточного вещества.

Скорость протекания первой стадии определяется законами диффузии и гидродинамическими условиями в сооружении биохимической очистки. Турбулентность потока вызывает распад хлопьев активного ила на мельчайшие колонии микробов и приводит к быстрому обнов­лению поверхности раздела между микроорганизмами и средой.

Процесс переноса вещества через полупроницаемые мембраны клеток может быть осуществлен двумя путями: растворением диффундирующего вещества в материале мембраны, благодаря чему оно проходит внутрь клетки или присоединением проникающего вещества к специфическому белку-переносчику, растворением образующегося комплекса и диффузией его внутрь клетки, где комплекс распадается и белок-переносчик высвобождается для совершения нового цикла.

Основную роль в очистке сточных вод играют процессы превращения вещества внутри клеток микроорганизмов, в результате чего происходит окисление вещества с выделением энергии (катаболические превращения) и синтез новых белковых веществ, который проте­кает с затратой энергии (анаболические превращения).

Скорость химических превращений и их последовательность определяют ферменты, выполняющие роль катализаторов и представляющие собой сложные белковые соединения с молекулярной массой до сотен тысяч и миллионов. Их активность зависит от температуры, рН и присутствия в сточной воде различных веществ.

Суммарные реакции биохимического окисления в аэробных условиях можно представить в следующем виде:

Окисление органического вещества

C x H y O z (х + 0,25у - 0,5z)O 2 ? хС0 2 + 0,5уН 2 О + ?Н;

Синтез бактериальных клеток

C x H y O z + nNH 3 + n(x + 0,25у - 0,5z - 5)0 2 ? n(C 5 H 7 N0 2) + n(x-5)C0 2 + 0,5n(y-4)H 2 O - ?Н;

Окисление клеточного материала

N(C 5 H 7 N0 2) + 5n0 2 ? 5nC0 2 + 2nH 2 0 + nNH 3 + ?Н.

Химические превращения являются источником необходимой для микроорганизмов энергии. Живые организмы способны использовать только связанную химическую энергию. Универсальным переносчиком энергии в клетке является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).

Микроорганизмы способны окислять многие органические вещества, но для этого требуется различное время адаптации. Легко окисляются многие спирты, гликоли, бензойная кислота, ацетон, глицерин, сложные эфиры и др. Плохо окисляются нитросоединения, некоторые ПАВ и хлорпроизводные органические соединения.

В процессе аэробного окисления потребляется кислород, растворенный в сточной воде. Для насыщения сточной воды кислородом проводят процесс аэрации, разбивая воздушный поток на пузырьки, которые, по возможности, равномерно распределяются в сточной воде. Из пузырьков воздуха кислород абсорбируется водой, а затем переносится к микроорганизмам. Этот процесс происходит в два этапа. На первом идет перенос кислорода из воздушных пузырьков в основную массу жидкости, на втором - перенос абсорбированного кислорода из основ ной массы жидкости к клеткам микроорганизмов, в основном под действием турбулентных пульсаций.

Наиболее надежный способ увеличения подачи кислорода в сточную воду - повышение интенсивности дробления газового потока, т.е. уменьшение размеров газовых пузырьков. Скорость потребления кислорода зависит от многих взаимосвязанных факторов: величины биомассы, скорости роста и физиологической активности микроорганизмов, вида и концентрации питательных веществ, накопления токсичных продуктов обмена, количества и природы биогенных элементов, со держания кислорода в воде.
3. Влияние различных факторов на процесс биохимической очистки

Эффективность биологической очистки зависит от целого ряда факторов, одни из которых поддаются изменению и регулированию в широких диапазонах, регулирование же других, таких, как например, состав поступающих на очистку сточных вод, практически исключено. К основным факторам, определяющим пропускную способность системы и степень очистки сточной воды, относятся: наличие кислорода в воде, равномерность поступления сточной воды и концентрация в ней примесей, температура, рН среды, перемешивание, присутствие токсичных примесей и биогенных элементов, концентрация биомассы и др.

Наиболее благоприятные условия очистки заключаются в следующем. Концентрация в очищаемых сточных водах биохимически окисляемых веществ не должна превышать допустимую величину МК б или МК бос, которая устанавливается обычно опытным путем. Сточные воды с более высокой концентрацией необходимо подвергать разбавлению. ПДК веществ при поступлении на сооружения биологической очистки приведены в справочной литературе.

Снабжение сооружений биохимической очистки кислородом воздуха должно быть непрерывным и в таком количестве, чтобы в очищенной сточной воде, выходящей из вторичного отстойника, его было не менее 2 мг/л. Скорость растворения кислорода в воде не должна быть ниже скорости его потребления микроорганизмами. В начальный период окисления скорость потребления кислорода может в десятки раз превышать ее в конце процесса, она зависит от характера загрязнения воды и пропорциональна количеству биомассы.

Оптимальной температурой для аэробных процессов, происходящих в очистных сооружениях, считается 20-30 °С, хотя температурный оптимум бактерий различных групп варьируется в широких пределах, от -8 °С до +85 °С. Повышение температуры за пределы физиологической нормы микроорганизмов приводит к их гибели, а понижение лишь снижает активность микроорганизмов. С повышением температуры уменьшается растворимость кислорода в воде, поэтому в теплое время года надо проводить более интенсивную аэрацию, а в зимнее - поддерживать более высокую концентрацию микроорганизмов в циркулирующем иле и увеличивать продолжительность аэрации.

Оптимальной реакцией среды для значительной части бактерий является нейтральная или близкая к ней, хотя есть виды, хорошо развивающиеся в кислой (грибы, дрожжи) или слабощелочной среде (актиномицеты).

Для нормального процесса синтеза клеточного вещества, а следовательно, и для эффективного процесса очистки сточных вод должна быть достаточная концентрация всех элементов питания - органического углерода (БПК), азота, фосфора.

Кроме основных элементов клетки (С, О, N, Н) для ее построения необходимы в незначительных количествах и другие компоненты - микроэлементы (Mn, Cu, Zn, Mo, Mg, Co и др.). Содержание указанных элементов в природных водах, из которых образуются сточные воды, обычно достаточно для биохимического окисления. Недостаток азота тормозит окисление органических загрязнений и приводит к образованию трудно оседающего ила. Недостаток фосфора инициирует развитие нитчатых бактерий, что является основной причиной вспухания активного ила, плохого оседания и выноса его из очистных сооружений, замедления роста ила и снижения интенсивности окисления. Биогенные элементы лучше всего усваиваются в форме соединений, в которой они находятся в микробных клетках: азот - в форме NH 4 , а фосфор - в виде солей в фосфорных кислотах. При нехватке азота, фосфора, калия в сточную воду вносят различные азотные, калийные и фосфорные удобрения. Эти элементы содержатся в бытовых сточных водах, поэтому многие химические вещества могут оказывать на микроорганизмы токсичное воздействие, нарушающее их жизнедеятельность. Такие вещества, попадая в бактериальную клетку, взаимодействуют с ее компонентами и нарушают их функции, среди них: S в, Ag, Cu, Co, Hg, Рв и др. Количество взвешенных частиц не должно быть более 100 мг/л для биологических фильтров и 150 мг/л для аэротенков.

Интенсивность и эффективность очистки сточных вод зависят не только от условий обитания микроорганизмов, но и от их количества, т.е. дозы активного ила, которая поддерживается в аэротенках обычно равной 2-4 г/л. Повышение концентрации микроорганизмов в сточной воде позволяет ускорить процесс биологической очистки, но при этом одновременно необходимо увеличивать количество растворенного в воде кислорода, что ограничено состоянием насыщения, и улучшать условия массообмена. При биологической очистке необходимо применять "молодой" активный ил с возрастом 2-3 суток. Он не вспухает, более вынослив к колебаниям температуры, рН среды, мелкие хлопья его лучше осаждаются. Важным условием улучшения биологической очистки и уменьшения объема очистных сооружений является регенерация активного ила, заключающаяся в его аэрации при отсутствии питательного субстрата.

Для создания наиболее благоприятных условий массопередачи питательных веществ и кислорода к поверхности микробных клеток необходимо перемешивание сточной воды и активного ила. При этом турбулизация жидкости приводит к разрушению хлопьев активного ила, обновлению их поверхности, лучшему снабжению клеток питательными веществами и кислородом, создает более благоприятные условия обитания микроорганизмов.
4. Классификация биохимических методов

Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки. Аэробные методы основаны на использовании аэробных групп микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура 20-40 °С. При изменении температурного и кислородного режимов состав и число микроорганизмов меняется, они культивируются в активном иле или биопленке. Анаэробные методы протекают без доступа кислорода, их используют главным образом для обработки осадков. Всю совокупность сооружений биологической очистки можно разделить на три группы по признаку расположения в них активной биомассы:

1) активная биомасса закреплена на неподвижном материале, а сточная вода тонким слоем скользит по материалу загрузки - биофильтры;

2) активная биомасса находится в воде в свободном (взвешенном) состоянии - аэротенки, циркуляционные окислительные каналы, окситенки;

3) сочетание обоих вариантов расположения биомассы - погружные биофильтры, биотенки, аэротенки с заполнителями.

Биологическая очистка может также осуществляться в естественных условиях на сооружениях почвенной очистки и в биологических прудах.
4.1. Аэробные методы очистки.

Очистку на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах - отличают сравнительно низкие строительные и эксплуатационные затраты, буферная способность при залповых сбросах сточных вод, колебаниях рН, температуры, достаточную степень изъятия из воды биогенных элементов. К недостаткам относится сезонность работы, низкая скорость окисления загрязнений. Поля орошения и поля фильтрации относятся к почвенным методам очистки.

Поля орошения являются сельскохозяйственными угодьями, специально предназначенными для очистки сточных вод и одновременного выращивания растений. На полях фильтрацииочистка производится без участия растений. Очистка сточных вод на полях орошения основана на воздействии почвенной микрофлоры, кислорода воздуха, солнца и жизнедеятельности растений. В очистке сточных вод в той или иной степени участвует активный слой грунта толщиной 1,5-2 м. Минерализация органического вещества происходит в основном в верхнем полуметровом слое почвы. При этом повышается плодородие почвы, что связано с обогащением почвы нитратами, фосфором и калием. Однако общий солевой состав стоков не должен превышать 4-6 г/л для предотвращения засоления почвы. Сточные воды подаются на поля орошения периодически с интервалом 5 дней. В зимний период для местностей с холодной зимой на них производится намораживание сточных вод. Для сбора сточной воды, используемой на полях орошения, служат пруды-накопители вместимостью, равной шестимесячному накоплению в них воды.

Биологические пруды - искусственно созданные или естественные водоемы, в которых очистка сточных вод идет под воздействием природных процессов самоочищения. Они могут применяться как для самостоятельной очистки, так и для глубокой доочистки сточных вод, прошедших биологическую очистку. Представляют собой неглубокие водоемы (0,5-1 м), хорошо прогреваемые солнцем и заселенные водными организмами.

В процессах, протекающих в биопрудах, наблюдается полный природный цикл разрушения органических загрязнений. Воздействие на работу прудов различных факторов может создавать в них как аэробные, так и аэробно-анаэробные условия. Пруды, постоянно работающие в аэробных условиях, называются аэрируемыми, а пруды с переменными условиями - факультативными.

Аэробные условия в прудах могут поддерживаться либо за счет естественного поступления кислорода из атмосферы и фотосинтеза, либо за счет принудительной подачи воздуха в воду. Поэтому различают пруды с естественной и искусственной аэрацией. Время пребывания воды в прудах с естественной аэрацией составляет от 7 до 60 суток. Вместе со сточными водами из вторичных отстойников выносится активный ил, который является посевным материалом. Эффективность очистки в прудах определяется временем года, в холодный период она резко снижается.

Пруды с искусственной аэрацией имеют значительно меньший объем и требуемая степень очистки в них обычно достигается за 1-3 суток.

Биофильтры - искусственные сооружения биологической очистки - представляют собой круглые или прямоугольные в плане сооруже­ния из кирпича или железобетона, загруженные фильтрующим материалом, на поверхности которого развивается биопленка. Сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытой пленкой из микроорганизмов, за счет жизнедеятельности которых осуществляется очистка. Отработанная (омертвевшая) биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.

По типу загрузочного материала биофильтры делятся на две категории: с объемной (зернистой) и плоской загрузкой. В качестве зернистой загрузки используют щебень, гравий, гальку, шлак, керамзит, керамические и пластмассовые кольца, кубы, шары, цилиндры и т.п. Плоская загрузка - это металлические, тканевые и пластмассовые сетки, решетки, блоки, гофрированные листы, пленки и т.п., нередко свернутые в рулоны.

Биофильтры с объемной загрузкой подразделяются на капельные, высоконагружаемые, башенные. Капельные биофильтры наиболее просты по конструкции, загружаются материалом мелких фракций высотой 1-2 м и имеют производительность до 1000 м 3 /сут, на них достигается высокая степень очистки. В высоконагружаемых фильтрах применяется больший размер кусков загрузки, а ее высота составляет 2-4 м. Высота загрузки в башенных фильтрах достигает 8-16 м. Два последних вида фильтров применяются при расходах сточных вод до 50 тыс.м 3 /сут как для полной, так и неполной биологической очистки.

Биологические фильтры с плоской загрузкой обладают значительно более высокой окислительной способностью, чем фильтры с объемной загрузкой. Окислительная способность - это скорость растворения кислорода в процессе аэрации полностью обескислороженной воды при атмосферном давлении и температуре 20 °С (г О 2 /ч)); к ней близко понятие окислительной мощности - скорости реакций окисления загрязнений (г О 2 /(м 3 ч)).

Промежуточное положение между аэротенками и биофильтрами занимают погружные биофильтры и биотенки-биофильтры.

Погружные (дисковые) биофильтры представляют собой резервуар, в котором имеется вращающийся вал с насаженными на него дисками, попеременно контактирующими со сточной водой и воздухом. Размер дисков 0,5-3 м, расстояние между ними 10-20 мм, они могут быть металлическими, пластмассовыми и асбестоцементными, число дисков на валу от 20 до 200. Биотенк-биофильтрпредставляет собой корпус, в котором заключены лотковые элементы загрузки, расположенные в шахматном порядке. Эти элементы орошаются сверху водой, которая наполняя их стекает через края вниз. На наружных поверхностях элементов образуется биопленка, внутри - биомасса, напоминающая активный ил. Конструкция обеспечивает высокую производительность и эффективность очистки.

По принципу поступления воздуха в толщу аэрируемой загрузки биофильтры могут быть с естественной и принудительной аэрацией.

В пусковой период биологических фильтров на кусках загрузки выращивается биологическая пленка. Основным агентом этой пленки является микробное население. Микроорганизмы биопленки используют органические примеси сточных вод как источники питания и дыхания, при этом масса биопленки увеличивается. По мере увеличения толщины пленки происходит ее отмирание и смыв протекающей сточной водой. Очищенная в биофильтре вода вместе с частицами отмершей биопленки поступает во вторичный отстойник. Рециркуляцию биологически активного материала обычно не предусматривают, что обусловлено высокой удерживающей способностью сооружения массы биопленки.

При поступлении сточных вод с БПКп > 300 мг/л во избежание частого заиливания поверхности биофильтра предусматривается рециркуляция - возврат части очищенной воды для разбавления исходной сточной воды. Рециркуляция очищенной воды увеличивает содержание растворенного кислорода в смеси, поддерживается более равномерная гидравлическая нагрузка, выравнивается концентрация биопленки по высоте сооружения. Однако при этом возрастает потребность в объемах отстойников, увеличивается расход энергии на перекачивание воды.

Распределение сточных вод по поверхности биофильтра произво­дится стационарными разбрызгивающими оросителями (спринклерами) или вращающимися реактивными оросителями с циклической подачей воды в течение 5-10 минут.

Применение биофильтров ограничивается возможностью их заи­ливания, снижением окислительной мощности в процессе эксплуатации, появлением неприятных запахов, трудностью равномерного нара­щивания пленки.

Очистка в аэротенках. Аэробная биологическая очистка больших объемов сточных вод осуществляется в аэротенках - железобетонных аэрируемых сооружениях со свободно плавающим в объеме обрабатываемой воды активными илом, бионаселение которого использует загрязнения сточных вод для своей жизнедеятельности.

Аэротенки можно классифицировать по следующим признакам:

1) по структуре потока - аэротенки-вытеснители, аэротенки-смесители и аэротенки с рассредоточенным впуском сточной жидкости (промежуточного типа);

2) по способу регенерации активного ила - аэротенки с отдельно стоящими или совмещенными регенераторами ила;

3) по нагрузке на активный ил - высоконагружаемые (для неполной очистки), обычные и низконагружаемые (с продленной аэрацией);

4) по числу ступеней - одно-, двух- и многоступенчатые;

5) по режиму ввода сточных вод - проточные, полупроточные, с переменным рабочим уровнем, контактные;

6) по типу аэрации - с пневматической, механической, комбинированной гидродинамической или пневмомеханической;

7) по конструктивным признакам - прямоугольные, круглые, комбинированные, шахтные, фильтротенки, флототенки и др.

Аэротенки используются в чрезвычайно широком диапазоне расходов сточных вод от нескольких сот до миллионов кубометров в сутки.

В аэротенках-смесителяхнагрузка на ил и скорость окисления загрязнений практически неизменны по длине сооружения. Они наиболее пригодны для очистки концентрированных (БПКп до 1000 мг/л) производственных сточных вод при значительных колебаниях их расхода и концентрации загрязнений. В аэротенках-вытеснителяхна­грузка загрязнений на ил и скорость их окисления изменяются от наибольших значений в начале сооружения до наименьших в его конце. Такие сооружения применяются в том случае, если обеспечивается достаточно легкая адаптация активного ила. В аэротенках с рассредоточенной подачей водыпо его длине единичные нагрузки на ил уменьшаются и становятся равномерными. Такие сооружения используются для очистки смесей промышленных и городских сточных вод. Работа аэротенка неразрывно связана с нормальной работой вторичного отстойника, из которого возвратный активный ил непрерывно перекачивается в аэротенк. Вместо вторичного отстойника для отделения ила от воды может быть использован флотатор.

В одноступенчатой схеме без регенератора нельзя интенсифици­ровать процесс очистки стоков. При наличии регенератора в нем заканчиваются процессы окисления и ил приобретает первоначальные свойства. Одноступенчатые схемы без регенерации ила применяют при БПКп 150 мг/л. Двухступенчатая схема используется при высокой исходной концентрации органических загрязнений в воде, а также при наличии в воде веществ, скорость окисления которых резко различается. На первой ступени очистки БПКп сточных вод снижается на 50-70 %.

Для обеспечения нормального хода процесса биологического окисления в аэротенк необходимо непрерывно подавать воздух. Система аэрациипредставляет собой комплекс сооружений и специального оборудования, обеспечивающего снабжение жидкости кислородом, поддержание ила во взвешенном состоянии и постоянное перемешивание сточной воды с илом. Для большинства типов аэротенков система аэрации обеспечивает одновременное выполнение этих функций. По способу диспергирования воздуха в воде на практике применяются следующие системы аэрации: пневматическая, механиче­ская, пневмомеханическая и струйная. В нашей стране большее распространение получила пневматическая система аэрации.

Современный аэротенк - это гибкое в технологическом отношении сооружение, представляющее собой железобетонный резервуар коридорного типа, оборудованный аэрационной системой. Рабочую глубину аэротенков принимают от 3 до 6 м, отношение ширины коридора к рабочей глубине от 1:1 до 2:1. Для аэротенков и регенераторов количество секций должно быть не менее двух; при производительно­сти до 50 тыс.м 3 /сут назначается 4-6 секций, при большей производи­тельности 8-10 секций, все они рабочие. Каждая секция состоит из 2-4 коридоров.

Аэротенки-вытеснители- длинные коридорные сооружения, в которых вода и активный ил подаются в начало сооружения, а иловая смесь отводится в конце его. При этом практически не происходит перемешивание поступающей воды с ранее поступившей. Такие аэротенки состоят из нескольких коридоров и могут быть со встроенным регенератором и без него. Длина таких аэротенков достигает 50-150 м и объем от 1,5 до 30 тыс.м 3 . В большой степени режиму вытеснения соответствуют конструкции аэротенков ячеистого типа.Они представляют собой прямоугольные в плане сооружения, разделенные на ряд отсеков поперечными перегородками. Смесь из первого отсека поступает во второй (снизу), из второго в третий переливается через перегородку (сверху) и т.д. В каждой ячейке устанавливается режим полного смешения, а сумма ряда последовательно расположенных смесителей составляет практически идеальный вытеснитель. При этом предотвращается возвратное движение воды, отсутствует продольное перемешивание.

Сточная вода и ил в аэротенках-смесителяхподводится и отводится равномерно вдоль длинных сторон сооружения. Считается, что поступающая смесь очень быстро (в расчетах мгновенно) смешивается с содержимым всего аэротенка. Это позволяет равномерно распределять органические загрязнения и растворенный кислород и обеспечи­вать работу сооружения при постоянных условиях и высоких нагрузках. Ширина коридора аэротенка-смесителя составляет 3-9 м, число коридоров 2-4, длина до 150 м.

По сравнению с аэротенками-вытеснителями в аэротенках-смесителях высокая остаточная концентрация примесей в очищенной воде. Поэтому их целесообразно применять для очистки концентрированных сточных вод на первой ступени, а аэротенки-вытеснители – на второй ступени.

Аэротенки - смесители могут быть сблокированы со вторичными отстойниками и выполнены отдельно от них. Аэротенки-отстйники(аэроакселаторы) компактны, позволяют увеличить рециркуляцию иловой смеси без применения специальных насосных станций, улучшить кислородный режим отстойника и повысить дозу ила до 3-5 г/л, соответственно увеличив окислительную мощность.

Аэротенки промежуточного типасовмещают элементы аэротенков-вытеснителей и аэротенков-смесителей. К ним относятся аэротенки с рассредоточенной подачей воды и сосредоточенной подачей активного ила, а также каскад аэротенков-смесителей. В них создаются условия для более высокой средней концентрации активного ила, чем в аэротенках-вытеснителях, и обеспечивается более высокое качество очистки, чем в аэротенках-смесителях. Выполняются они в виде двух- или четырехкоридорных сооружений. Капитальные затраты на строительство таких аэротенков снижаются не менее чем на 15 % по сравне­нию с рассмотренными выше, при этом сохраняется высокое качество очистки.

Окситенкипредназначены для биохимической очистки сточных вод, где вместо воздуха применяется технический кислород. Благодаря этому создаются условия для повышения дозы активного ила (до 6-10 г/л), снижаются энергозатраты на аэрацию, увеличивается окисли­тельная мощность (в 5-10 раз выше, чем у аэротенков), эффективность использования кислорода составляет 90-95 %.

Типовые схемы биохимической очистки включают, как правило, целый ряд установок по усреднению стоков, их механической очистки, собственно сооружения биологической очистки, устройства для приготовления и дозирования реагентов, доочистки сточных вод и обработки осадков. Схемы могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми. По приведенной схеме осуществляется совместная очистка промышленных и бытовых сточных вод. При такой очистке процесс протекает более устойчиво и полно, т.к. бытовые стоки содержат биогенные элементы, а также разбавляют производственные сточные воды. Сточные воды, предварительно очищенные на сооружениях механической очистки, направляются на биологическую очистку в аэротенках с регенераторами. Выделенный во вторичных отстойниках активный ил делится на два потока: циркулирующий с помощью насосной станции перекачивается в регенератор, а затем в аэротенк, избыточный поступает на осветление в первичные отстойники. Очищенная вода хлорируется и направляется в водоем или возвращается в производство. Выделенный осадок обрабатывается в метантенках и обезвоживается на иловых площадках, Выделяющийся при сбраживании газ идет на сжи­гание в котельную.
4.2. Анаэробные методы очистки.

Для обезвреживания осадков сточных вод и предварительной очистки концентрированных сточных вод может использоваться про­цесс анаэробного сбраживания. В зависимости от конечного вида про­дукта различают следующие виды брожения: спиртовое, пропионово-кислое, молочнокислое, метановое и др. Конечными продуктами бро­жения являются спирты, кислоты, ацетон, газы брожения (СO 2 , Н 2 , СН 4).

Для очистки сточных вод используют метановое брожение. Процесс этот сложен и состоит из многих стадий, в метановом брожении различают две фазы. В первой фазе брожения (кислой) расщепляются сложные органические вещества с образованием органических кислот, а также спиртов, аммиака, ацетона, H 2 S, CO 2 , Н 2 и др., в результате чего сточные воды подкисляются до рН=5-6. Затем под действием метановых бактерий (щелочная фаза) кислоты разрушаются с образованием СН 4 и СO 2 . Считается, что скорости превращения в обеих фазах одина­ковы. В среднем степень распада органических соединений составляет 40 %.

Процессы метанового брожения осуществляют в метантенках - герметически закрытых резервуарах, оборудованных приспособления­ми для ввода обрабатываемого и отвода сброженного осадка.

Процессы сбраживания ведут в мезофильных (30-35 °С) и термофильных (50-55 °С) условиях. В термофильных условиях разрушение органических соединений происходит более интенсивно. Метантенк представляет собой железобетонный резервуар с коническим днищем, снабженный устройством для улавливания и отвода газа, а также оборудованный подогревателем и мешалкой. Применяются метантенки диаметром до 20 м и полезным объемом до 4000 м 3 .

Процесс брожения сточных вод ведут в две ступени. При этом часть осадка из второго метантенка возвращается в первый, где обеспечивается хорошее перемешивание. При сбраживании выделяются газы со средним содержанием СН 4 - 63-65 %, СO 2 - 32-34 %. Теплотворная способность газа 23 МДж/кг, он сжигается в топках паровых котлов. Полученный при этом пар используется для нагрева осадков в метантенках или для других целей.

Список литературы

1. 
   Техника защиты окружающей среды /Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Учебное пособие для вузов. – М.: Химия, 1989.

1. 
   КомароваЛ.Ф., Кормина Л.А. Инженерные методы защиты окружающей среды. Техника защиты атмосферы и гидросферы от промышленных загрязнений: Учебное пособие. – Барнаул, 2000.

При обеспечении условий, повышающих активность процесса микробиального разрушения углеводородов (наличие воды и активное перемешивание, аэрация и обеспечение необходимого количества минеральных солей), биохимическая очистка сточных вод, содержащих нефть и нефтепродукты в концентрациях, соответствующих пределам растворимости и даже выше (до 50 мг/л)г может быть осуществлена в аэротенках или при благоприятных местных условиях к более простых сооружениях - аэрируемых биологических прудах.[ ...]

При соответствующих условиях (наличие кислорода, температура выше 4° С и др.) под действием аэробных микроорганизмов (нитрифицирующих бактерий) происходит окисление азота аммонийных солей, в результате чего образуются сначала соли азотистой кислоты, или нитриты, а при дальнейшем окислении - соли азотной кислоты, или нитраты, т. е- происходит процесс нитрификации. Этот биохимический процесс был открыт в 70-х годах XIX в. Но только в конце XIX в. русскому микробиологу С. Н. Виноградскому удалось выделить чистую культуру нитрифицирующих бактерий. Одна группа этих бактерий окисляет аммиак в азотистую кислоту (нитритные бактерии), вторая - азотистую кислоту в азотную (нитратные бактерии). Нитрификация имеет большое значение в очистке сточных вод, так как этим путем накапливается запас кислорода, который может быть использован для окисления органических без-азотистых веществ, когда полностью уже израсходован для этого процесса весь свободный (растворенный) кислород. Связанный кислород отщепляется от нитритов и нитратов под действием микроорганизмов (денитрифицирующих бактерий) и вторично расходуется для окисления органического вещества. Процесс этот называется денитрификацией. Он сопровождается выделением в атмосферу свободного азота в форме газа.[ ...]

Биохимическая очистка . Метод основан на способности микробов использовать в процессе своей жизнедеятельности различные растворимые органические и неокис-ленные неорганические соединения (например, Сг6+, аммиак, нитриты, сероводород). Поэтому применение биохимического метода дает возможность удалять из сточных вод разнообразные токсичные органические и неорганические соединения. Если скорость биохимического процесса определяется условиями подвода кислорода и поверхностью микробных тел (диффузионные факторы), те применяют аэротенки - смесители с пневматической или механической аэрацией. При пневматической аэрации часть органических соединений может десорбироваться в атмосферу. Если скорость биохимического процесса зависит только от кинетических факторов и практически не зависит от наличия кислорода и числа микробных тел, то применяют биофильтры, окислительные пруды и водоемы.[ ...]

Биохимическая очистка воды от органических примесей является достаточно разработанным и надежным процессом. В основе этого процесса лежит жизнедеятельность микроорганизмов, которые используют в качестве питательных веществ и источников энергии органические и минеральные вещества, содержащиеся в сточных водах. Эти процессы аналогичны процессам, происходящим при самоочищении водоемов.[ ...]

Очистка сточной воды от сероводорода, а также и других примесей (формоль до 90 мг/л, формальдегид до 16 мг/л) осуществляется в аэротенках на одном из предприятий в Казани. Следует отметить, что биохимический процесс угнетается при концентрации формальдегида 1000 мг/л. Значение pH стоков поддерживается в интервале 6,5-7,5, ХПК (химическое потребление кислорода) равно 100-170 мг/л 02. За 15 ч аэрирования в аэротенках содержание сероводорода снижается с 20 до 2 мг/л. При снижении pH стоков ниже 6 процесс очистки от сероводорода ухудшается, а при pH [ ...]

Биохимические процессы расщепления с последующей минерализацией органических соединений могут протекать как в аэробных, так и в анаэробных условиях. При оценке возможного влияния ПАВ на процессы очистки сточных вод, состояние водоемов и определении эффективности их удаления решающее значение имеют аэробные условия, характерные как для водоемов, так и для преобладающих типов очистных сооружений (аэротенков, биофильтров).[ ...]

Биохимическая очистка сточных вод может осуществляться в аэротенках, представляющих собой резервуар или открытый бассейн, где очистка стоков происходит под воздействием микроорганизмов активного или в присутствии кислорода воздуха. Для интенсификации процессов биологической очистки сточных вод выявлена целесообразность подачи в аэротенки вместо воздуха 90 %-ного технического кислорода. При этом процесс очистки стоков ускоряется в 4-5 раз.[ ...]

Биохимическая очистка производственных сточных вод возможна в тех случаях, когда они содержат: органические вещества, способные окисляться в результате биохимических процессов в количестве, допускающем биологическую очистку (по ВПК); питательные вещества (азот, фосфор, калий и др.) в количестве, достаточном для жизнедеятельности микроорганизмов при очистке сточных вод; допустимую концентрацию вредных веществ, при которой не нарушается жизнедеятельность микроорганизмов, и имеют допустимую реакцию среды.[ ...]

При очистке сточных вод важное значение имеет окисление содержащихся в них органических веществ и других восстановителей, так как эти вещества, поступая в водоем, подвергаются в нем химическому И биохимическому окислению за счет растворенного в воде кислорода, жизненно необходимого для водной фауны и флоры. Поэтому лучше провести процесс окисления до сброса сточных вод в водоем.[ ...]

Сточные воды направляются на биофильтры после их осветления в первичных отстойниках. При фильтрации сточных вод через слой загрузки происходит адсорбция биологической пленкой тонко диспергированных веществ, оставшихся в жидкости после первичных отстойников, а также коллоидных и растворенных веществ. Органическая часть загрязнений, задержанных биопленкой, подвергается биохимическому окислению (минерализации) при помощи аэробных бактерий. Кислород, необходимый для жизнедеятельности бактерий, поступает в тело биофильтра путем его естественной или искусственной вентиляции. Величину нагрузки на капельные биофильтры определяют по их окислительной мощности (ОМ). Окислительная мощность - это количество кислорода, получаемое с 1 м3 фильтрующего материала в сутки для снижения БПК направляемых на биофильтры сточных вод. Сущность процесса биологической очистки сточных вод на биофильтрах не отличается от процесса очистки на полях орошения и полях фильтрации. Однако вследствие искусственно созданных благоприятных условий для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов процесс биохимического окисления в биофильтрах происходит значительно интенсивнее, чем на полях орошения и полях фильтрации. Поэтому и размеры сооружений для биологической очистки сточных вод в искусственно созданных условиях во много раз меньше сооружений в естественных условиях.[ ...]

Биохимический процесс окисления органических веществ сточных вод (биохимическое окисление) происходит при содействии микроорганизмов-минерализаторов в две фазы: в первой фазе происходит окисление органических веществ, содержащих преимущественно углерод, и азотсодержащих веществ - до начала нитрификации. Поэтому первую фазу часто называют углеродистой. Вторая фаза включает процесс нитрификации, т. е. окисление азота аммонийных солей в нитриты и нитраты. Вторая фаза протекает приблизительно 40 суток, т. е. значительно медленнее, чем первая фаза, занимающая примерно 20 суток, и требует значительно больше кислорода. Биохимическая потребность в кислороде (БПК) учитывает только первую фазу окисления. В природе, однако, трудно разделить обе фазы окисления, так как они происходят почти одновременно. При расчете самоочищающей способности водоемов для решения вопроса о необходимой степени очистки сточных вод до выпуска их в водоем учитывается только первая фаза окисления, так как для второй фазы практически трудно получить данные.[ ...]

Процесс очистки сточных вод при фильтрации их через почву «а полях фильтрации и полях орошения - это совокупность сложных физико-химических и биохимических процессов. Сущность его состоит в том, что при проходе сточных вод через почву в верхнем ее слое задерживаются взвешенные и коллоидальные вещества, образующие на поверхности частичек почвы густо заселенную микроорганизмами пленку. Эта пленка адсорбирует на своей поверхности органические вещества и переводит их в растворимое состояние. Используя кислород, проникающий в поры почвы, микроорганизмы перерабатывают растворимые органические вещества в минеральные соединения. Таким образом, наличие воздуха в почве, а следовательно, и разрыхленность ее являются необходимыми условиями для нормального протекания процесса очистки. Верхние слои почвы (0,2- 0,3 м) находятся в более благоприятных условиях кислородного режима, поэтому в них окисление органических веществ, а также процесс нитрификации происходит более интенсивно. Пригодность почв для полей фильтрации, а следовательно, и нагрузки на них определяются их гранулометрическим составом и влагоем-костью. Для увеличения производительности полей фильтрации на них часто подают предварительно осветленную (отстоенную) сточную воду.[ ...]

При биохимической очистке сточных вод азот является необходимым биогенным элементом. Появление в очищаемой воде нитритов и нитратов свидетельствует о высокой степени минерализации органических загрязнений. При глубокой очистке сточных вод азот переходит в нитраты и молекулярный азот, который выделяется в атмосферу - происходит процесс денитрификации сточных вод.[ ...]

Биохимическое разрушение органических веществ может осуществляться в анаэробных и аэробных условиях. Анаэробная очистка сточных вод производится с помощью анаэробных мик-рооргапизмов-минерализаторов, т. е. не нуждающихся в кислороде. Конечными продуктами анаэробного распада (сбраживания) органических веществ являются газы СН4 (метан), СОг (углекислый газ, диоксид углерода), Ш (водород), N2 (азот), Нг5 (сероводород). Кроме того, в воде остается некоторое количество жирных кислот, сульфидов, гуминовых веществ и других трудноразлагаемых соединений. Анаэробный процесс осуществляется в двух характерных температурных областях: 20- 35 °С (мезофильпое сбраживание) и 45-55 °С (термофильное сбраживание). При термофильном процессе увеличивается скорость минерализации (сбраживания) и происходит более глубокий распад органических веществ. Анаэробный метод применяют при очень большой концентрации органических веществ в производственных сточных водах, чаще для минерализации органических осадков сточных вод.[ ...]

Биохимическая очистка сточных вод П системы канализации. Высокое содержание солей не позволяет взять стоки ЭЛ0У в систему оборотного водоснабжения как подпитку. Поэтому стоки перед сбросом в водоем проходят биохимическую очистку. Биохимическая очистка сточных вод может осуществляться отдельно или в смеси с бытовыми сточными водами, прошедшими механическую и физико-химическую очистку. Применяют одноступенчатую и двухступенчатую биохимическую очистку (рис. 36). Основным сооружением, где проходит биохимический процесс, является аэротенк. Процесс очистки стоков ЭЛ0У в аэротенке может идти в одну или две ступени. При одноступенчатой очистке в аэротенке продолжительность аэрации составляет 6-8 ч, удельный расход воздуха 20-25 м9/м3, концентрация активного ила по сухому веществу 2-3 г/л, количество циркулирующего активного ила 50-705? от расхода сточных вод.[ ...]

При очистке производственных сточных вод сложным является выбор последующей их доочистки. Биохимическая очистка эффективна только при загрязнении сточных вод «биологически мягкими» ПАВ, в то время как промышленность в своих технологических процессах использует в достаточно большом количестве биохимически плохо окисляемые ПАВ. В этом случае приходится ориентироваться на деструктивные методы, в частности, на озонирование, что не только осложняет, но и сильно удорожает очистку сточных вод.[ ...]

Биохимическая очистка является одним из основных методов очистки сточных вод НПЗ как при повторном их использовании в системах оборотного водоснабжения, так и щи сбросе их в водоем. В настоящее время основным сооружением биохимической очистки сточных вод является аэротенк. Однако большая продолжительность обработки сточных вод в аэротенках, значительная емкость сооружений,большой расход воздуха и электроэнергии заставляют искать пути интенсификации этого процесса для снижения капитальных и эксплуатационных затрат.[ ...]

При фильтровании через фильтры взвешенные вещества, состоящие почти полностью из активного ила, кольматируют верхние слои загрузки, в связи с чем потери напора в этих фильтрах увеличиваются не по прямой (как в водопроводных фильтрах), а по параболической кривой. Опыт работы фильтров Зеленоградской станции показывает, что, попадая в более глубокие слои загрузки, организмы активного ила начинают расти, что создает дополнительные потери напора. Именно это является одной из основных особенностей работы зернистых фильтров при очистке сточных вод. Накопившиеся в загрузке фильтра микроорганизмы осуществляют и биохимический процесс разложения органического вещества сточных вод, поэтому при фильтровании биологически очищенных сточных вод значительная часть растворенного кислорода (около 30%) теряется.[ ...]

В процессе очистки сточных вод НПЗ образуется в основном два вида отходов: нефтешлам от сооружений механической и физикохимической очистки и активный ил сооружений биохимической очистки. При существующей на НПЗ системе канализации нефтешлама образуется около 5000 т в год на каждые I млн.т перерабатываемой нефти. При расчетах принимается следующий состав шлама, %; нефтепродуктов - 20, механических примесей - 5, воды - 75.[ ...]

Контроль процессов биохимической денитрификации проводится аналогично контролю процессов биологической очистки сточной воды в аэрационных сооружениях, и при этом особое внимание уделяется оценке форм и концентраций соединений азота.[ ...]

Сущность процесса биологической очистки сточных вод на полях состоит в том, что в процессе фильтрации через почву органические загрязнения сточных вод задерживаются на ней, образуя биологическую пленку, населенную большим количеством микроорганизмов. Пленка адсорбирует коллоидные и растворенные вещества, мелкую взвесь, и они при помощи аэробных бактерий в присутствии кислорода воздуха переходят в минеральные соединения. Атмосферный воздух хорошо проникает в почву на глубину 0,2-0,3 м, где и происходит наиболее интенсивное биохимическое окисление.[ ...]

Скорость биохимических процессов очистки сточных вод в большой степени зависит от температуры среды. При температуре сточных вод ниже 6 °С жизнедеятельность микроорганизмов, а следовательно, и их активность резко снижаются; при температуре свыше 37 °С заметно уменьшается скорость нитрификации в связи с уменьшением в воде растворенного кислорода. Оптимальной является температура 20-28 °С (в присутствии термофильных бактерий может идти аэробный процесс и при 67 °С). При этом в активном иле находится наибольшее количество видов микроорганизмов. С повышением температуры очищаемой во ды до 37 °С необходимо увеличение в 1,2 раза подачи воздуха для аэрации.[ ...]

Локальная очистка сточных вод от эмульгаторов, не способных к биохимическому распаду. Широко применяемый в промышленности в качестве эмульгатора некаль не разрушается в процессе биохимической очистки сточных вод и при известных концентрациях угнетает процессы нитрации и окисления других органических соединений. Кроме того, присутствие некаля в воде значительно ухудшает ее органолептические свойства. Возможность применения метода ионообмена для извлечения некаля из промывных вод основана на способности сильноосновных анионитов (например АВ-16) селективно обменивать ион хлора на анион вгор-бутилнафталинсульфокислоты. Регенерация анионита производится водно-спиртовыми растворами хлористого натрия. После отгонки спирта и части воды из регенерирующего раствора и охлаждения его некаль выпадает в виде кристаллов, а маточник возвращается в цикл ионообмена или регенерации.[ ...]

Последующий процесс регенерации активного ила может происходить или в самом сооружении, производящем биохимическую очистку (аэротенке), или в отдельном сооружении (регенераторе). В первом случае ко времени адсорбции прибавляется время на регенерацию, и сооружение рассчитывается на проток сточных вод по сумме времени; во втором случае сооружение (аэротенк) может быть рассчитано только на проток сточных вод по времени, необходимому для адсорбции, а регенератор рассчитывается на время регенерации только для протока в нем активного ила, расход которого значительно меньше, чем расход сточных вод. Поэтому при определенных условиях второй случай в строительном и эксплуатационном отношении может быть более выгодным, чем первый. Для того чтобы можно было решить эту задачу, проектировщик сооружений биохимической очистки сточных вод должен определять время, необходимое для процесса адсорбции органических веществ активным илом, и время, необходимое для процесса его регенерации.[ ...]

Возможность биохимического окисления СТЭКа и влияние его на процессы биологической очистки сточных вод изучались при эксплуатации модельных установок биофильтров и аэро-тенков-смесителей.[ ...]

Биологически очищенная вода содержит значительное количество аммонийного азота и фосфатов. Азот и фосфор способствуют усиленному развитию водной растительности, последующее отмирание которой приводит к вторичному загрязнению водоема. Контроль процессов биохимической денитрификации проводится аналогично контролю процессов биологической очистки сточной воды в аэрационных сооружениях, и при этом особое внимание уделяется оценке форм и концентраций соединений азота.[ ...]

Разработана технология биохимической очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов: Сг, Си2+, 2п2+, №2+, Бе2+, Ре3+. Суть метода заключается в обработке сточной воды накопительной культурой суль-фатвосстанавливающих бактерий, которые в анаэробных условиях при наличии органического питания восстанавливают содержащиеся в воде сульфаты в нерастворимые сульфиды, которые легко отстаиваются и удаляются в виде шлама. Процесс очистки происходит в специальных сооружениях - биовосстановителях.[ ...]

Одной из важнейших задач при биохимической очистке сточных вод в аэротенках является обеспечение кислородом микроорганизмов, которые производят окисление органических примесей в воде. Процесс очистки сточных вод в аэротенке состоит из ряда параллельных и последовательных стадий превращений веществ, участвующих в биохимических реакциях. Изменения, происходящие при этом с кислородом, могут быть представлены следующим образом. При подаче воздуха в воду образуются пузырьки, из которых кислород переходит в иловую смесь и, перемешиваясь, равномерно распределяется в ней. Затем растворенный кислород адсорбируется бактериальными клетками, входящими в состав хлопков активного ила, и расходуется на окисление органических веществ, также адсорбированных хлопками ила. В результате синтеза белков в клетке и деления ее образуются новые живые организмы. Кроме того, образуются продукты распада органических веществ - углекислота, вода, продукты неполного распада органических примесей, которые отводятся от хлопка активного ила в воду. Газообразные продукты распада удаляются из воды в процессе аэрации.[ ...]

Из сказанного следует, что при анализе вод, имеющих в своем составе азотсодержащие органические вещества, значение ХПК, полученное при использовании метода с КгБгОв, будет выше (за счет образования нитратов), чем при использовании обычного метода с К2СГ2О7. Для отличия первую величину целесообразно обозначить символом ХПКМ0 -Она отвечает тому химическому поглощению кислорода, которое произошло бы при очистке сточных вод в биохимических сооружениях, если бы процесс доводили до полной нитрификации азотсодержащих веществ.[ ...]

Интенсивностью прохождения процесса очистки сточных вод в том или ином сооружении определяется окислительная мощность сооружения, под которой понимается количество граммов кислорода, получаемое с 1 мъ сооружения в сутки и используемое для снижения биологической потребности в кислороде сточных вод, окисления аммонийных солей до нитритов и нитратов, а также повышения содержания в сточных водах растворенного кислорода. Величина окислительной мощности для различных вооружений колеблется в широких пределах. При повышенных требованиях к степени очистки биохимически очищенная вода подвергается фильтрации на песчаных фильтрах.[ ...]

Длительный недостаток азота при очистке сточных вод кроме торможения биохимического процесса приводит к образованию труднооседа-ющего активного ила и к потерям его в результате выноса из вторичных отстойников.[ ...]

В последнее время, главным образом при выпуске сточных вод в непосредственной близости от водохранилищ, используемых для отдыха и туризма, предусматривается так называемая «третья степень очистки» вслед за биохимической очисткой. Она состоит в выделении из сточной воды азот- и фосфорсодержащих соединений, которые, будучи биогенными элементами, могут вызвать усиленный рост водорослей в водохранилищах и тем самым нанести им вред. В процессе биохимической обработки фосфаты можно осаждать солями железа или алюминия. Нитратный азот можно удалить в промежуточной анаэробной установке с помощью бактерий, потребляющих кислород нитратов и выделяющих азот в форме N2 или ИгО, Если возможно, то, разумеется, предпочитают всю сточную воду отвести, минуя водохранилища, с помощью обводного канала.[ ...]

Большими возможностями для глубокой очистки сточных вод, в основном от растворенных нефтепродуктов, обладает биохимический метод. Его практическое применение на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах дает положительные результаты. Однако в системе предприятий для хранения и транспорта нефтепродуктов его еще предстоит внедрять. Для более глубокого понимания сущности и особенностей биохимических процессов при очистке нефтесодержащих сточных вод в книге приведены минимально необходимые научные данные. Практическое применение метода должно опираться на уже: сложившийся опыт разработки и использования сооружений биохимической очистки сточных вод вообще. В связи с этим в книге рассмотрены технологические схемы, основные вопросы устройства и проектирования сооружений биохимической очистки сточных вод и обработки осадков в масштабах современных нефтебаз и других аналогичных предприятий.[ ...]

Более универсальным методом является способ очистки сточных вод с активным илом. Активный ил, под воздействием которого происходит процесс биохимического окисления органических загрязнений, представляет собой скопления бактерий, по внешнему виду напоминающие хлопья гидроокиси железа. Образование активного ила в естественных условиях при подаче сточной воды приводит к созданию комплекса бактерий, способных потреблять различные органические вещества, содержащиеся в производственных сточных водах. Это позволяет более полно очищать сточные воды от загрязнения, чем при микробном методе. Смесь очищенной сточной жидкости и активного ила поступает во вторичные отстойники, где происходит их разделение. Основное количество ила возвращается в аэротенки для повторной работы. Прирост активного ила, определяемый экспериментально, выводится из системы. При отсутствии экспериментальных данных ориентировочно можно считать, что на каждый 1 м3 производственных сточных вод образуется -100-150 г активного ила.[ ...]

Наиболее интенсивное развитие Ciliata наблюдалось при очистке сточных вод производства белково-витаминного концентрата, что соответствовало наиболее высокому коэффициенту зооглейности биопленки (см. табл. 2.10). Сточные воды с низким биохимическим показателем «0,005) отрицательно влияют на состояние простейших. Инфузории инцистируются, образуя вокруг тела цисту - временное защитное образование шаровидной формы. Во время инцистирования все жизненные процессы замедляются и организм переходит в состояние анабиоза.[ ...]

Обработка осадков (рис. 6.22) используется тогда, когда в процессе биохимической очистки сточных вод в первичных и вторичных отстойниках образуются большие массы осадков, которые необходимо либо ликвидировать, либо утилизировать. Уплотнение осадков связано с удалением свободной влаги и является необходимой стадией всех вариантов технологических схем обработки осадков. При этом, используя гравитационный, флотационный, центробежный и вибрационный методы, в среднем можно удалить 60% влаги и сократить массу осадка в 2,5 раза.[ ...]

ПАВ неблагоприятно влияют, а иногда делают невозможной очистку сточных вод общепринятыми методами. Так, сточные воды, содержащие соли нефтяных сульфокислот, неионогенные ПАВ и др. нельзя очистить биохимическим способом, это связано с тем, что ПАВ являются ядами для биоценоза, практически не подвергаются окислению, снижают отношение биологической потребности кислорода (БПК) и окисляемости, замедляют рост активного ила и тормозят процесс нитрификации. Эффективность этого метода очистки увеличивается в 100 и более раз после предварительного удаления ПАВ.[ ...]

Для обеспечения устойчивого и эффективного удаления ПАВ сточные воды до аэрации подвергаются предварительной механической очистке. Двухчасовое отстаивание позволяет удалить легкоосаждаемые взвешенные вещества, усреднить состай сточных вод и главным образом выравнить температуру и реакцию среды. Последующее фильтрование через скорые двухслойные фильтры (антрацит-песок) приводит к более глубокому -осветлению сточных вод, что интенсифицирует процесс последующего пенообразования и снижает количество взвешенных веществ в пене. Последнее обстоятельство имеет немаловажное значение при подготовке концентрата пены к повторному ее использованию для стирки белья. Аэрация сточных вод в течение 45-60 мин при подаче сжатого воздуха с интенсивностью 25- 30 м3[м2 - ч обеспечивает удаление 80% ПАВ, т. е. снижает концентрацию их в сточных водах до 20-30 мг/л. Учитывая, что для стирки белья должны применяться моющие средства только на основе «биологически мягких» ПАВ, после такой очистки сточные воды от современных прачечных могут быть беспрепятственно сброшены в городские канализации, имеющие биохимическую очистку. Как показано исследованиями Цветковой в Академии коммунального хозяйства, после фракционирования ПАВ в пену осветленные сточные воды даже без разбавления ■можно доочищать биохимическим методом. Для промывки фильтров могут быть использованы очищенные сточные воды, при этом промывные воды, образующиеся в течение первых 5 мин, вследствие возможного высокого содержания ПАВ рекомендуется направлять в поток сточных вод, поступающих на очистку. Остальная часть сточных вод, а также осадок из отстойников могут быть сброшены в городскую канализацию.[ ...]

Разность между ХПК и БПК характеризует наличие примесей, не окисляющихся биохимическим путем, и количество органических веществ, идущих на построение клеток микроорганизмов. Для бытовых сточных вод БПКполн составляет 85-90% от ХПК- По соотношению БПКполн/ХПК можно судить о возможности применения определенного метода очистки сточных вод. Если соотношение БПК/ ХПК>0,5, то это указывает на возможность применения биохимической очистки сточной воды; при соотношении БПК/ХПК [ ...]

Тиамин, в противоположность биотинам, сам по себе не проявил физиологической активности в процессах биохимической очистки. Однако в сочетании с нафтенатами марганца и хрома тиамин увеличивает содержание углерода в активном иле при окислении алканов и кетонов. Для увеличения активности тиамина в процессах аэробной очистки сточных вод использовались соли железа, меди, марганца и цинка .[ ...]

Одним из наиболее распространенных манометрических приборов для определения газообмена в химических и биохимических процессах является прибор Варбурга. Он нашел широкое применение в биологии при изучении жизнедеятельности микроорганизмов и дыхания тканей . В области очистки сточных вод прибор Варбурга используется для изучения токсичности стоков (АКХ, МИСИ), а также для исследования интенсификации работы биохимических сооружений (Водгео).[ ...]

Большинство гетеротрофных организмов получает энергию в результате биологического окисления органических веществ - дыхания. Водород от окисляемого вещества (см. § 24) передается в дыхательную цепь. Если роль конечного акцептора водорода выполняет только кислород, процесс носит название аэробного дыхания, а микроорганизмы являются строгими (облигатными) аэробами, которые обладают полной цепью ферментов переноса (см. рис. 14) и способны жить только при достаточном количестве кислорода. К аэробным микроорганизмам относятся многие виды бактерий, гри-6¿i, водоросли, большинство простейших. Аэробные сап-рофиты играют основную роль в процессах биохимической очистки сточных вод и самоочищении водоема.