Процесс биологической очистки сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Биологический метод очистки воды

2. Процесс биологической очистки

3. Биофильтры с загрузкой из пеностекла или пластмасс

4. Биодисковые фильтры

5. Установки, работающие по методу полного окисления

6. Установки, работающие по методу аэробной стабилизации избыточного активного ила

7. Обеззараживание сточных вод

Список использованных источников

Введение

Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания. Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой. Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км3. При этом 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве. Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Значительное кол-во воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.

Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все

более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы. На современном этапе определяются такие направления рационального использования водных ресурсов: более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды.

1. Биологический метод очистки воды

Вода, прошедшая механическую и химическую очистки, как правило, содержит множество органических примесей, делающих воду непригодной как для употребления человеком, так и для возвращения ее в водоем, так как нежелательные элементы непременно пагубно скажутся на его экосистеме. К органическим загрязнителям, которые должен устранять биологический способ очистки воды, относятся такие загрязнители, как растворенные и тонко диспергированные нефтепродукты.

Некоторые микроорганизмы обладают способностью окислять органические соединения. Именно этот процесс, именуемый диссимиляционной сульфатредуккцией, используется при биологической очистке воды.

Как и любой процесс, биологический способ очистки воды имеет свои границы, за которыми полезность его применения сводится к нулю. При сильной загрязненности воды, бактерии, уничтожающие органические соединения, гибнут, поэтому одним из факторов, влияющим на решение использовать биологический способ очистки воды, является скорость размножения бактерий, необходимых для очистки. Нужно отметить, что это один из основных методов очистки сточных вод.

При биологическом способе очистке воды следует осуществлять беспрестанный контроль над ходом очищения, ведь всегда следует помнить, что часть бактерий, разрушающих органические соединения, попадут в очищенную воду. От количества попавших в воду микроорганизмов напрямую зависит степень очищенности воды. Также следует помнить, что при применении биологического способа очистки воды мы, как правило, имеем дело с водой, которая содержит в себе не только органические загрязнители, но и неорганические, которые не удаляются бактериями.

Подбор необходимого типа бактерий, будь то азотные, серные или сульфатные, осуществляется с учетом типа загрязнителя. Помимо явных преимуществ биологического способа очистки сточных вод:

· высокое качество удаление вредных органических соединений.

· относительно невысокая стоимость эксплуатации

· простота необходимой для этого способа очистки воды оборудования

Биологическая очистка воды имеет и некоторые недостатки:

· неукоснительное соблюдение точных правил технологического режима очистки

· высокие затраты

· воздействие токсического характера, которое способны оказать на микроорганизмы некоторые соединения

· необходимость разбавления сточных вод при высокой концентрации примесей.

биологический очистка сточный вода

2. Процесс биологической очистки

Биологическая очистка сточных вод представляет собой результат функционирования системы активный ил - сточная вода, характеризуемой наличием сложной многоуровневой структуры. Биологическое окисление составляющее основу этого процесса, является следствием протекания большого комплекса взаимосвязанных процессов различной сложности: от элементных актов обмена электронов до сложных взаимодействий биоценоза с внешней средой.

Результаты исследований показывают, что характерной особенностью сложных многовидовых популяций, к которым относятся и активный ил, является установление в системе динамического равновесия, которое достигается сложением множества относительно небольших отклонений активности и численности отдельных видов в ту или иную сторону от их среднего уровня.

Сооружения и аппараты биологической очистки:

Биологическая очистка может осуществляться как в естественных так и в искусственных условиях.

К сооружениям естественной очистки относятся:

Ш Фильтрующие колодцы и фильтрующие кассеты.

Ш Поля подземной фильтрации.

Ш Поля фильтрации (в этих сооружениях, фильтрующей загрузкой являются естественные грунты, используемые непосредственно на месте (пески, супеси, легкие суглинки)).

Ш Фильтрующие траншеи, песчано-гравийные фильтры. Оросительная и дренажная сеть этих сооружений положена в слое искусственной фильтрующей загрузки из привозного грунта. Их устраивают при наличии водонепроницаемых или слабо фильтрующих грунтов.

Ш Фильтрующие кассеты применяемые в слабо фильтрующих грунтах (суглинках).

Ш Циркуляционные окислительные каналы (ЦОК).

Ш Биологические пруды с естественной или искусственной аэрацией.

При круглогодичной работе очистной станции сооружения естественной очистки рекомендуется использовать, если удовлетворяются следующие условия:

· среднегодовая температура воздуха в районе расположения очистной станции не менее 10 град. С

· глубина грунтовых вод не менее 1 м от поверхности земли

· наличие свободных площадей вблизи малых объектов.

При сезонной работе станции (только в летний период) первое условие, касающееся среднегодовой температуры, исключается.

Однако почвенные методы не всегда приемлемы из-за неблагоприятных санитарных, почвенно-грунтовых, климатических, гидрогеологических условий. В связи с этим возникает необходимость в применении сооружений искусственной биологической очистки. К сооружениям, в которых биологическая очистка протекает в искусственно созданных условиях, относятся:

Ш Биофильтры с загрузкой из пеностекла или пластмассы.

Ш Биодисковые фильтры.

Ш Биофильтраторы.

Ш Биореакторы с биобарабанами.

Ш Блок биореакторов с затопленной ершовой загрузкой.

Ш Аэрационные установки, работающие по методу полного окисления (продленной аэрации).

Ш Аэрационные установки с аэробной стабилизацией избыточного активного ила.

3. Биофильтры с загрузкой из пеностекла или пластмассы

Сооружения биологической фильтрации, особенно с прикрепленным биоценозом, хорошо себя зарекомендовали в работе с малыми расходами и пиковыми нагрузками по органике. Они просты, удобны, в них за короткое время (до 30 минут) происходит скоростное изъятие загрязнений. На традиционных биофильтрах в качестве фильтрующей массы применяют объемный материал: щебень, гравий, керамзит. Блочные загрузки из блоков пеностекла имеют преимущества в технологическом, конструктивном и эксплуатационном отношениях по сравнению с другими материалами. Пеностекло - это теплоизоляционный строительный материал. Он отличается механической прочностью, влаго -, паро - и газонепроницаемостью, огнестойкостью, морозостойкостью, долговечностью, устойчивостью к воздействию кислот и продуктов разложения. Площадь адсорбционной поверхности пеностекла в зависимости от величины перфорации с учетом малых и больших пор- 200 кв. м/куб. м. Пеностекло имеет чрезмерно развитую поверхность, удерживает в единице объема большое количество биопленки, чем какой-либо другой вид загрузочного материала, что способствует интенсивному изъятию загрязнений из сточных вод. Распределение сточной воды по поверхности биофильтра осуществляется с помощью реактивного оросителя. Пластмассовые загрузки используются в виде жесткой (кольца, обрезки труб и т.д.), жестко-блочной (из плоских и гофрированных листов), а также мягкой (из пластмассовых пленок) засыпки. Таким образом, загрузка обладает высокой пустотностью, большой сорбционной поверхностью и относительно малым коэффициентом сцепления биопленки с поверхностью загрузки, что создает условия для образования тонкого слоя биопленки.

Пластмассовая загрузка исключает заиливание биофильтров, значительно увеличивает объем поступающего воздуха, что способствует повышению окислительной мощности. Кроме достоинств, биофильтры обладают и рядом недостатков.

Так, высокая не равномерность поступления сточных вод от малых объектов крайне отрицательно влияет на работу биофильтров и аэротенков. В биофильтрах происходит подсыхание биопленки и наблюдается не равномерность температурного режима ее работы, создаются условия, способствующие заиливанию загрузки. Во избежание этих явлений в часы минимального притока сточных вод осуществляют рециркуляцию очищенных сточных вод, что приводит к дополнительным энергозатратам на перекачку стоков.

4. Биодисковые фильтры

Эти сооружения предназначены для расхода сточных вод до 1000 куб. м в сутки. В качестве загрузки для биодисковых фильтров рекомендуются перфорированные диски, изготовленные из объемных синтетических материалов пониженной плотности (пенопласта, пеностекла). Современные биодисковые фильтры представляют собой многосекционную емкость, наполненную вращающейся загрузкой. Диски набирают на горизонтально расположенном валу с расстоянием между ними 15-20 мм. Диски обычно погружены в очищаемую жидкость на 0,45Д (30--45 %), иногда до 0,75Д. Диаметр дисков находится в пределах от 0,4 до 3,0 метров в зависимости от производительности установки. Принцип действия данного сооружения следующий: диски - основной компонент сооружения - находится в постоянном вращательном движении, причем их поверхность перфорации покрывается биопленкой, которая находится в прикрепленном состоянии. Биомодули, создавая обширную поверхность, обеспечивают гидродинамические условия, при которых отторгнутая биопленка продолжает работать, находясь во взвешенном состоянии. Здесь совмещается режим работы прикрепленного биоценоза и взвешенного (активного) ила. За пределами зоны очищаемой воды микроорганизмы, находясь в биопленке, получают кислород непосредственно из атмосферы. При одинаковых категориях обрабатываемых городских сточных вод и заданном эффекте очистки время аэрации в БДФ составляет 60-90 минут, а в классических аэротенках - около 6 часов. Биодисковые фильтры компактны, конструктивно просты, устойчивы к различного рода перегрузкам, имеют низкие удельные энергозатраты. Кроме того, при использовании этих фильтров практически отпадает необходимость насосной станции, так как гидравлические потери сооружений не значительны. Биодисковые фильтры - многосекционные сооружения (3-6 секций). Основная масса удаленных биоразлагаемых загрязнений приходится на первую и вторую секции БДФ.

Процесс снижения аммонийного азота и нитрификации успешно протекает в третьей и последующих секциях. Удаление азота достигает 40 %, что выше, чем в классических биофильтрах и аэротенках.

Однако в очищенных водах присутствуют азотистые соли (биогенные соединения), поэтому в некоторых случаях требуется доочистка. Из биодисковых фильтров биологическая пленка потока обработанной жидкости выносится во вторичный отстойник. Разделение биопленки осуществляется гравитационным способом. Вторичные отстойники рекомендуется оборудовать тонкослойными модулями.

Аэротенки

Для полной биологической очистки сточных вод малых населенных пунктов применяются:

§ аэрационные установки, работающие по методу полного окисления (аэротенки подлинной аэрации);

§ аэрационные установки с аэробной стабилизацией избыточного активного ила.

Установки обоих типов обеспечивают стабильную высокую эффективность очистки сточных вод, могут применяться в любых климатических, грунтовых и гидрогеологических условиях и не требую отвода больших площадей земли.

5. Установки, работающие по методу полного окисления

Они предназначены для полной биологической очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод. Полное окисление органических загрязнений протекает в три фазы. В первой фазе наличия большого количества органических веществ в сточной жидкости обеспечивает быстрое размножение микроорганизмов с непрерывным прогрессированием общего их количества. Во второй фазе нагрузка по органическим загрязнениям активного ила значительно ниже и из-за недостаточного количества этих загрязнений размножение микроорганизмов несколько сдерживается. Устанавливается определенное соотношение между количеством поступивших органических веществ и приростом ила. В третьей фазе размножение микроорганизмов активного ила замедляется из-за недостатка органических загрязнений. Ил как бы находится в «голодном» состоянии. Это заставляет микроорганизмы активного ила использовать не только органические вещества поступившие со сточными водами, но и большую часть органических веществ отмерших микроорганизмов, т.е. минерализовать органическую часть самого активного ила. В результате полного окисления органических загрязнений прирост активного ила настолько мал, что его можно удалять из сооружений через 1-4 месяца.

6. Установки, работающие по методу аэробной стабилизации избыточного активного ила

Аэробная стабилизация - это процесс окисления органических веществ в присутствии микроорганизмов и кислорода, атмосферного воздуха, вводимого принудительно. Этот процесс, с точки зрения кинетики распада органики, аналогичен процессу окисления органических загрязнений в аэротенке. Аэробная стабилизация осадка приемлема до 1400 куб.м в сутки и более. Поскольку продолжительность процесса зависит от начальной концентрации органических загрязнений и объема образующегося осадка, то для малых расходов стабилизаторы получаются малыми и легко эксплуатируемыми.

В стабилизатора широко применяется как пневматическая (дырчатые трубы), так и механическая (турбинные или струйные аэраторы) аэрации.

На процесс стабилизации осадков влияет наличие токсичных, агрессивных и трудно окисляемых веществ при концентрациях, превышающих допустимые.

Установки заводского изготовления разработаны для очистных станций, они представляют собой блок, объединяющий аэротенк, вторичный отстойник и стабилизатор избыточного активного ила.

Система аэрации пневматическая. Сточная вода, пройдя решетку-дробилку, установленную вне блока, и песколовку, поступает в падающий лоток с четырьмя треугольными регулируемыми водосливами и подаются в аэротенк. Аэротенк - квадратный в плане резервуар, по дну которого положены четыре плети перфорированных труб диаметром 150 мм. Аэротенк рассчитан на продолжительность пребывания в нем сточных вод в течение 9 часов в часы максимального притока. С противоположной стороны аэротенка имеются затопленные окна для подачи сточных вод в отстойник. Отстойник - вертикально типа. В нем устанавливается перегородка, направляющая поток жидкости в нижнюю зону. Сборные лотки осветленной воды выполняют с регулируемыми треугольными водосливами. Осветленная сточная жидкость поступает из вторичных отстойников на сооружения доочистки и обеззараживания. В отстойнике имеются шесть приемников, каждый из которых снабжен эрлифтом с трубопроводом возврата активного ила в аэрационную зону; три приемника имеют эрлифты с трубопроводами, направленными в стабилизатор. Вдоль отстойника расположен мостик для обслуживания, куда вынесены вентили управления эрлифтами.

Продолжительность пребывания стоков в отстойнике 1,5 часа. Поступление в стабилизатор свежих порций активного ила вызывает одновременное отделение такого же объема воды в отстойной зоне стабилизатора, которая отводится вместе с очищенными сточными водами из установки. Выгрузка из стабилизатора обработанного активного ила производится при достижении в нем предельной концентрации ила. Период выгрузки составляет 7-10 суток. Очистка стоков на это установке осуществляется без первичного отстаивания.

Метод аэробной стабилизации избыточного ила по сравнению с методом анаэробной обработки осадка имеет такие существенные преимущества:

ь простота конструктивного исполнения сооружений;

ь отсутствие взрывоопасности;

ь хорошие санитарно-гигиенические показатели;

ь лучшие водоотдающие свойства;

ь легкость автоматизации процесса;

ь простота обслуживания сооружений.

Обработка осадков.

Обработка осадков, поступающих со сточной водой может осуществляться в анаэробных условиях, протекающих без доступа кислорода воздуха, когда за счет жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов происходит распад органических веществ, находящихся в осадке. К ним относятся:

o биотуалеты, предназначенные для жилого дома.

o септики,

o двухярусные отстойники и осветители - перегниватели.

В сооружениях второго и третьего типов одновременно проводят два процесса: отстаивание сточной жидкости и обработка осадка.

В аэробных условиях, протекающих при наличии кислорода воздуха, за счет жизнедеятельности аэробных микроорганизмов происходит окисление органических веществ, находящихся в осадке. К ним относятся:

· аэротенки, работающие с продленной аэрацией по методу полного окисления органических загрязнений, находящихся как в жидкой так и в твердой фазе сточных вод;

· аэробные стабилизаторы, расположенные в блоке емкостей (аэрационных установок).

7. Обеззараживание сточных вод

Производится с целью уничтожения содержащихся в них патогенных микроорганизмов и устранения опасности заражения водоема этими микробами при спуске в него очищенных сточных вод. Наиболее распространенным методом обеззараживания является хлорирование. В настоящее время на малых очистных станциях применяется несколько типов установок для приготовления дозирования растворов, содержащих активный хлор. К первому типу относятся установки по хлорированию воды хлорной известью или порошкообразными гипохлоритами. Принцип их действия сводится к приготовлению раствора требуемой концентрации и последующей подачей его в воду. Ко второму типу относятся установки, которые позволяют получить обеззараживающие хлор продукты из исходного сырья - поваренной соли - непосредственно на месте потребления. Такими установками являются электролизеры предназначенные для приготовления электролитического гипохлорита натрия. К третьему типу относятся установки, позволяющие осуществлять обеззараживание воды путем его прямого электролиза. Этот метод безреагентный, поскольку обеззараживающие продукты образуются за счет электролитического разложения хлоридов, находящихся в самой обрабатываемой воде.

Доочистка сточных вод.

Хозяйственно бытовые сточные воды, поступающие от малых объектов, подвергаются механической и биологической очистке, которая может быть полной и неполной. Сооружения доочистки позволяют снизить содержание взвешенных и органических веществ до 3-5 мг/л, азота, аммонийных солей и фосфатов (P2O5) до 0,5 мг/л, нитратов до 0,02 и нитритов до 10 мг/л по азоту.

Фильтрующие колодцы, кассеты

Использование в технологической схеме биологической очистки сооружений, расположенной в естественных условиях (фильтрующие колодцы и кассеты, поля подземной фильтрации), позволяет обеспечить одновременную глубокую очистку и обеззараживание стоков и не требует дополнительного устройства сооружений доочистки. Обследование около 50 систем показало что вблизи правильно установленных и эксплуатируемых фильтрующих колодцев создается вполне удовлетворительная санитарная обстановка. На большинстве обследованных объектов даже в расстоянии 1-2 метров вокруг фильтрующего колодца не отмечалось загрязнения атмосферного воздуха и поверхности почвы. Результаты исследований экспериментальных установок показываю, что даже на расстоянии 0,8-1 метра от фильтрующих колодцев наблюдается значительное снижения загрязнении в сточных водах.

Сооружения естественной очистки сточных вод такие как фильтрующие колодцы и биологические пруды, могут быть использованы в качестве сооружений доочистки в различных технологических схемах обработки стоков. Эти сооружения размещают, как правило, после установок биологической очистки.

Биологические пруды

Биологические пруды с естественной или искусственной аэрацией - это наиболее экономичные, простые и надежные сооружения, в которых происходит снижение содержания взвешенных и органических веществ до 5 мг/л, уменьшается содержание биогенных элементов и бактериальных загрязнений. При отсутствии земельных участков для устройства биологических прудов и ограничении их применения по гидрогеологическим, климатическим и другим местным условиям возможно для доочистки использовать сооружения искусственной очистки стоков.

Фильтры с зернистой загрузкой

Различают два типа фильтров с зернистой загрузкой:

o гравийные с восходящим потоком воды

o каркасно-засыпные.

Оба типа фильтров обладают повышенной грязеемкостью, так как фильтрация в них осуществляется через загрузку с убывающей крупностью.

В песчано-гравийных фильтрах загрузка выполняется из речного песка крупностью 1,2-2 мм высотой 1,4 м и из гравия крупностью 5-40 мм высотой 0,4 м.

В каркасно-засыпных фильтрах (КЗФ) загрузка состоит из каркаса (гравий крупностью 40-60 мм) высотой 1,8 м и засыпки (песок крупностью 0,8-1 мм) высотой 0,9 м. КЗФ представляет собой двухслойный фильтр с нисходящим потоком воды. Этот фильтр выгодно отличается от известных тем, что его загрузка, обеспечивает фильтрование в направлении убывающей крупности зерен, выполняется из недефицитных материалов. Крупность зерен засыпки и каркаса, а также их объем подбирают таким образом, чтобы зерна засыпки могли свободно проникать в каналы, образующиеся в каркасе фильтра, и опускаться под действием свободного падения в нижние слои каркаса с тем, чтобы верхние слои были свободные от засыпки. Таким образом, очищаемая вода проходит через слой каркаса, незасыпного песка, где очищается от части взвеси, а затем поступает в нижние слои, где фильтруется через мелкозернистый фильтрующий материал - слой засыпки.

Список использованных источников

1. http://www.vevivi.ru/best/Promyshlennaya-ochistka-stochnoi-vody-mashinostroitelnogo-predpriyatiya-ref118932.html

2. http://uchebnikionline.com/ekologia/promislova_ekologiya_-_apostolyuk_co/ochischennya_stichnih_vod_mashinobudivnih_pidpriyemstv.htm

3. http://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=21214

4. http://wisor.ru/t3.html

5. Жуков А.И., Монгайт И.А. «Методы очистки производственных сточных вод»

6. Скороходова В.А. «Очистка сточных вод».

Размещено на Allbest.ru