Аэробная очистка сточных вод реферат
Обновлено: 05.07.2024
Документ из архива "Биологический метод очистки сточных вод (аэротенк) от органических соединений", который расположен в категории " ". Всё это находится в предмете "водоподготовка и водопользование" из раздела "", которые можно найти в файловом архиве МПУ. Не смотря на прямую связь этого архива с МПУ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "курсовые/домашние работы", в предмете "водоподготовка и водопользование" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Биологический метод очистки сточных вод (аэротенк) от органических соединений"
Текст из документа "Биологический метод очистки сточных вод (аэротенк) от органических соединений"
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ
КАФЕДРА ОСНОВ ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ И ХИМИЧЕСКОЙ
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине "Водоподготовка и водопользование"
ТЕМА: Биологический метод очистки сточных вод (аэротенк) от органических соединений
Студент группы Н – 40
проф. Булатов М. А.
§ 1. Актуальность решения проблемы очистки сточных вод
§ 2. Источники образования, количество и состав сточных вод
§ 3. Требования к качеству очищенных вод и условия их сброса в водоем
§ 4. Биологическая очистка сточных вод
§ 5. Биохимические основы методов биологической очистки сточных вод
§ 6. Сооружения и аппараты биологической очистки
6.1. Биофильтры с загрузкой из пеностекла или пластмассы
6.2. Биодисковые фильтры
§ 7. Аэробная биологическая очистка сточных вод. Аэротенки
§ 8. Обработка осадков
§ 9. Обеззараживание сточных вод
§10. Доочистка сточных вод
§11. Схема сооружений Курьяновской станции аэрации
§12. Описание технологической схемы очистки сточных вод на Курьяновской станции аэрации
Техническая характеристика сооружений
§13. Расчет аэротенка
Проблема охраны окружающей среды требует ускоренного внедрения высокоэффективных систем защиты водоемов от загрязнений.
Основным источником загрязнения водоемов, приводящим к ухудшению качества воды и нарушению нормальных условий жизнедеятельности гидробионтов, являются сбросы промышленных сточных вод. В настоящее время многие водоемы мира из-за загрязнения утратили свое значение как источники рыбохозяйственного и санитарно-бытового водопользования.
Проблема очистки промышленных стоков и подготовки воды для технических и хозяйственно-питьевых целей с каждым годом приобретает все большее значение. Сложности очистки сказана с чрезвычайным разнообразием примеси в стоках, количество и состав которых постоянно изменяется в следствие появления новых производств и изменение технологии существующих.
В настоящее время метод очистки сточных вод активным илом является наиболее универсальным и широко применяемым при обработке стоков. Использование технического кислорода, высокоактивных симбиотических иловых культур, стимуляторов биохимического окисления, различного рода усовершенствованных конструкций аэротенков, аэрационного оборудования и систем отделения активного ила позволило в несколько раз повысить производительность метода биологической очистки. Значительные резервы скрыты также в области интенсификации массообмена.
Проблема биологической очистки стоков приобретает возрастающее народнохозяйственное значение.
Каждый город и промышленное предприятие имеют комплекс подземных трубопроводов, очистных сооружений, с помощью которых осуществляется отвод использованных и отработавших вод, очистка и обеззараживание их, а также обработка и обезвреживание образующихся при этом осадков с одновременной утилизацией ценных веществ.
Сточные воды образуются при использовании природной или водопроводной воды для бытовых целей и технологических процессов промышленных предприятий. Также относятся атмосферные осадки, подземные воды.
Сточные воды являются источником различных заболеваний и распространения эпидемий. Они являются источником загрязнения окружающей природной среды. Поэтому очень важно все сточные воды целенаправленно отводить, а главное очищать, чтобы устранить все негативные последствия от воздействия сточных вод.
§1. АКТУАЛЬНОСТЬ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни человека. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека. Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км 3 . Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности в воде заставляют все страны, ученых всего мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.
Круговорот воды в природе - это долгий путь ее движения. Он состоит из нескольких стадий: испарения, образования облаков, выпадения дождя, стока в ручьи и реки и снова испарения, На всем своем пути вода сама способна очищаться от попадающих в нее загрязнений - продуктов гниения органических веществ, растворенных газов и минеральных веществ, взвешенного твердого материала. Но эта способность самоочищения не безгранична. И сейчас мы подошли к этой грани вплотную. За последние годы на экологические системы обрушились огромные количества загрязняющих веществ, от которых они не способны защитить себя самостоятельно. И в основном это неочищенные или плохо очищенные сточные воды.
Если нечистот в почву попадает немного, почвенные микроорганизмы их эффективно перерабатывают, заново используя питательные вещества. В соседние водотоки просачивается уже очищенная вода. Но если нечистот много, почвенные микроорганизмы не справляются с их очисткой и они попадают в воду, где на их окисление расходуется кислород. Создается так называемая биохимическая потребность в кислороде. Чем выше эта потребность, тем меньше кислорода остается в воде для живых организмов, особенно для рыб. И тогда из-за недостатка кислорода гибнет все живое. Вода становится биологически мертвой, в ней остаются только анаэробные бактерии. Они процветают без кислорода, некоторые виды выделяют сероводород. И без того безжизненная вода приобретает гнилостный запах и становится совсем непригодной для человека и животных.
Почти такой же механизм воздействия на водоемы и плохо очищенной сточной воды с большим уровнем соединений азота и фосфора. Эти биогенные вещества стимулируют рост сине-зеленых водорослей, они начинают выделять токсин – микроцистин, опасный для рыб и других водных жителей. В природных условиях озеро, прежде чем заилиться и исчезнуть, существует около 20 тыс. лет. Избыток биогенных веществ ускоряет процесс старения и резко уменьшает срок жизни озера, делая его к тому же малопривлекательным.
Если сточную воду рассасывать в грунты, как делают владельцы септиков с открытым дном или советуют производители некоторых биологических систем, то картина получается еще хуже. Микроорганизмы работают только в верхних слоях плодородного грунта, да и то только в летний период. Сами грунты также не могут отфильтровать растворенные в воде соединения, они только убирают взвеси. Эти воды начинают далее реагировать с химическими элементами грунтов, и продукты этих реакций отравляют подземные водяные горизонты. И это не далекое будущее. В Подмосковье уже сейчас невозможно взять питьевую воду из скважин без серьезной очистки. Мы сами портим воду в скважинах, которую потом чистим дорогими системами, которые опять же требуют слива больших объемов воды с марганцем или солью при регенерации. Может все таки, стоит не бороться с последствиями, а подумать и устранить первопричину всего этого - неочищенный сброс стоков или некачественная их очистка.
Массовый рост коттеджного строительства вокруг городов, обнажил многие проблемы, в том числе и проблему очистки сточных вод. Решать её по привычному пути, т.е. прокладывать многокилометровые канализационные коллекторы до небольших поселков не только накладно. Часто этот путь приносит прямо противоположный результат из-за всевозможных утечек сточных вод в грунты (в результате биокоррозии материала канализационных труб, подвижек грунтов и т.д.) и утечек биогаза в атмосферу. Ко всему этому нужно учитывать интенсивное развитие в канализационных коллекторах различного рода болезнетворных бактерий и паразитов, где для них создаются просто райские условия для размножения. Вместе с прелестями центральной канализации вы получаете лазейку, через которую в ваш дом будут проникать болезни.
В данной ситуации выход один - чистить сточные воды необходимо в местах их происхождения, то есть в непосредственной близости от жилых домов или поселка. Метод очистки стоков должен быть эффективный и не дорогой. И пока ничего более эффективного, чем биологическая очистка для данного вида стоков не придумано. Биологическая очистка сточных вод в искусственных условиях имеет многолетнюю историю. Первые очистные сооружения были построены в Англии; биофильтр в 1893 г. и аэротенк в 1914 г. Процесс этот, по своей сущности, природный, и его характер одинаков для процессов, протекающих в водоеме или очистном сооружении. Биологическая очистка осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим множество различных бактерий, связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями. Интересно отметить, что при очистке одной и той же сточной воды в аэротенке и биофильтре развивается идентичная микрофлора, но с разным количественным соотношением отдельных групп микроорганизмов. В 1967 г. Ц. И. Роговской было подсчитано, что если аэрировать воздухом биофильтр, то через некоторое время число микробов увеличится как минимум в двести раз. Гнилостные бактерии потеряют свою активность и запах исчезнет. К тому же, в лучших аэротенках, в биоценозе начинают появляться простейшие (амебы, коловратки и т.д.), а их роль весьма многопланова. Она заключается, прежде всего, в регулировании числа бактерий в сообществе микроорганизмов, и в омолаживании биомассы. Также главная роль им отводится в процессе изъятия из сточной воды крупных частиц исходных органических примесей.
Сегодня уже никто не спорит о достоинствах аэротенков для очистки сточных вод биологическими методами. Но не всё так просто. Аэробный процесс очистки довольно сложный, потому что из стоков необходимо удалить не только органические загрязнения, но и другие биогенные вещества (соединения азота и фосфора). На сегодня подавляющее число эксплуатируемых аэробных очистных систем основано на последовательной обработке очищаемых стоков, чередуя аэробные и анаэробные зоны. При таком способе очистки можно достигнуть хороших результатов при полном соблюдении довольно сложного алгоритма, требующего наличия большого количества емкостей, и следовательно больших материальных затрат. Попытки сделать очистные по усеченному алгоритму, всегда приводит к резкому ухудшению выходных характеристик.
Хочется сказать, что защита водных ресурсов от истощения, загрязнения и их рациональное использование - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. В России осуществляются мероприятия по охране окружающей среды, в частности по очистке сточных вод, но проблема очистки малых и средних объемов до сих пор явно не решена. Существенное влияние на повышение качества водооборота, может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод. На реализацию комплекса мер по охране водных ресурсов от загрязнения и истощения во всех развитых странах выделяются большие ассигнования, достигающие 2-4 % национального дохода. Недооценивать важность охраны и рационального использование водных ресурсов сегодня, значит получить в скором времени целый букет экологических проблем, преодолевать которые будет уже гораздо сложнее.
§ 2. ИСТОЧНИКИ ОБРАЗОВАНИЯ, КОЛИЧЕСТВО И СОСТАВ СТОЧНЫХ ВОД
Бытовые сточные воды в каждом населенном пункте единообразны, а именно:
сточные воды от туалета (содержащие фекальные массы, бумагу, моющие вещества), ванны, стирки белья (содержащие большое количество синтетических поверхностно-активных веществ), приготовления пищи, мытья посуды, уборки помещения и т.п. Изучение типа и количества сточных вод по каждому виду названных статей расхода показало, что в среднем на кухонные нужды (приготовление пищи, мытье посуды) приходится 15-20% сточных вод от семьи, ванну и душ 20-25%, туалетный смыв - до 35%, стирка белья - до 20%. Туалетный и кухонный сток являются источником до 75% загрязнения бытовых сточных вод.
Для населения, проживающего в канализованных зданиях, при отсутствии газоснабжения и централизованного горячего водоснабжения средняя норма водоотведения не бывает ниже 100 л на 1 человека в сутки. В зданиях, оборудованных централизованным горячим водоснабжением, эта норма превышает 250 л на 1 человека в сутки. Эти нормы включают все виды бытовых сточных вод (без расходов производственных сточных вод от промышленных предприятий).
Загрязнения в сточных водах находятся в виде взвесей, коллоидов и растворов. До 40% загрязнений составляют минеральные вещества: частицы грунта, пыли, минеральные соли, такие как фосфаты, азот аммонийный, хлориды, сульфаты и др.
Органические загрязнения очень разнообразны и образуются за счет поступлений отходов жизнедеятельности человека и животных, поступления в воду остатков продуктов питания, сырья. В состав органических загрязнений входят жиры, белки, углеводы, клетчатка, спирты, органические кислоты и т.д.
Содержание органических загрязнений в сточных водах определяется косвенными показателями: ХПК (химическая потребность в кислороде) и БПК (биологическая потребность в кислороде). ХПК выражает количество кислорода, необходимое для полного химического окисления органических веществ загрязнений, находящихся в сточных водах. БПК выражает количество кислорода, необходимое для биологического окисления органических веществ бактериями в аэробных условиях (без расхода кислорода на нитрификацию). Биологическое потребление кислорода для бытовых сточных вод заканчивается примерно через 20 суток (БПКполн.), а величина 5-суточного потребления для бытовых сточных вод (BHKs) составляет, как правило, 65-70% от БПКполн., что на практике позволяет значительно сократить время определения этого показателя, и с достаточной степенью точности определить количество органических загрязнений.
Количество загрязнений в бытовых сточных водах, приходящееся на одного человека, определяется в основном физиологическими показателями и составляет примерно (в граммах на 1 человека в сутки):
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 км 3 . 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.
Еще в городах древнего Египта, Греции и Рима существовали канализационные системы, по которым отходы жизнедеятельности людей и животных транспортировались в водоемы - реки, озера и моря. В Древнем Риме перед сбросом в Тибр канализационные стоки накапливались и выдерживались в накопительном пруде-отстойнике - клоаке (cloaca maxima). В Средние века этот опыт был в значительной степени забыт, помои, экскременты людей и животных, выливались на городские улицы и удалялись эпизодически. Это являлось причиной загрязнения и заражения источников питьевой воды и приводило к возникновению эпидемий холеры, тифа, амебной дизентерии и др. В начале 19 века в Англии был изобретен туалет с водяным смывом. Возникла очевидная необходимость в обработке сточных вод и предотвращения их попадания в источники питьевой воды. Сточные воды собирали и выдерживали в больших емкостях, осадок использовали в качестве удобрений. В начале двадцатого века были разработаны интенсивные системы очистки бытовых сточных вод, включая поля орошения, где вода очищалась, фильтруясь через почву, струйные фильтры со щебневой и песчаной загрузкой, а также резервуары с принудительной аэрацией - аэротенки. Последние являются основным узлом современных станций аэробной очистки городских сточных вод. Первоначально основной целью очистки стоков являлось их обеззараживание. Понимание важности качественной очистки сточных вод для охраны природных водоемов пришло позже. Проблема чистой воды является одной из актуальнейших проблем наступившего века. Для сохранения мест забора питьевой воды чистыми необходима качественная очистка сточных вод, производство которых в России достигает 500 литров в сутки на душу городского населения. В настоящее время разработаны и развиваются современные технологии очистки сточных вод. Наибольший интерес и перспективу имеют естественные и самые дешевые биологические методы очистки, представляющие собой интенсификацию природных процессов разложения органических соединений микроорганизмами в аэробных или анаэробных условиях.
Биологические (биохимические) методы очистки сточных вод.
Биологические методы применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических веществ. Процесс основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности, органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода.
Известны аэробные и анаэробные методы.
Аэробный метод основан на использовании аэробных групп организмов для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток О2 и температура 20-40 0 С. Микроорганизмы культивируются в активном иле или биопленке.
Активный ил состоит из живых организмов и твердого субстрата. Живые организмы представлены скоплениями бактерий, простейшими червями, плесневыми грибами, дрожжами, редко – личинками насекомых, рачков, а также водорослями. Биопленка растет на наполнителях биофильтра, она имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1-3 мм и более. Процессы аэробной переработки сточных вод идут в сооружениях называемых аэротенками.
Анаэробные методы очистки протекают без доступа О2 (процесс брожения), их используют для обезвреживания осадков. Анаэробные процессы происходят в, так называемых, метантенках . Анаэробная и аэробная очистка идут в сопряжении.
Анаэробная биологическая очистка сточных вод.
Анаэробный метод очистки может рассматриваться в качестве одного из наиболее перспективных при наличии высокой концентрации в сточных водах органических веществ или для очистки бытовых стоков. Его преимущество перед аэробными методами заключается в резком снижении эксплуатационных расходов (для анаэробных микроорганизмов не требуется дополнительной аэрации воды) и отсутствии проблем, связанных с утилизацией избыточной биомассы.
Анаэробная деградация органических веществ, осуществляется как многоступенчатый процесс, в котором необходимо участие, по меньшей мере четырех групп микроорганизмов:
В анаэробном сообществе между микроорганизмами существуют тесные и сложные взаимосвязи, имеющие аналогии в многоклеточных организмах, поскольку ввиду субстратной специфичности метаногенов, их развитие невозможно без трофической связи с бактериями предыдущих стадий. В свою очередь метановые археи, используя вещества, продуцируемые первичными анаэробами, определяют скорость реакций, осуществляемых этими бактериями. Ключевую роль в анаэробной деградации органических веществ до метана играют метановые археи родов Methanosarcina, Methanosaeta (Methanothrix), Мethanomicrobium и другие. При их отсутствии или недостатке анаэробное разложение заканчивается на стадии кислотогенного и ацетогенного брожений, что приводит к накоплению летучих жирных кислот, в основном масляной, пропионовой и уксусной, снижению рН и остановке процесса.
Формирование агрегатов биомассы является результатом микробиологических, химических и физических процессов, происходящих на границе раздела жидкой и твердой фаз. Образование гранулированной биомассы в биореакторе является уникальным феноменом самоорганизации метаногенного микробного сообщества. И именно ацетатиспользующие метаногены обладают морфологическими особенностями, позволяющие им образовывать оформленные структуры с другими бактериями или смешанные колонии.
Точной морфологической классификации гранулированной метаногенной биомассы пока не существует. С учетом наличия промежуточных форм выделяют три основных типа гранул:
компактные сферические или дисковидные плотные гранулы, состоящие в основном из нитей метаносает. Обычно образуются при наличии субстрата с высоким содержанием ЛЖК, в том числе на преацидифицированных сточных водах при двухступенчатой анаэробной обработке.
крупные и менее плотные сферические гранулы, содержащие различные типы микроорганизмов, основу составляют нити метаносаета, часто прикрепленные к инертным частицам. Образуются при обработке сточных вод молочной промышленности и сточных вод пивоваренного или безалкогольного производства;
· тип С: мелкие и рыхловатые округлые гранулы, основу которых составляют метаносарцины. Образуются в высоконагружаемых системах очистки сточных вод, в частности по ацетату, например навозные стоки или винные стоки при низких температурах.
На поверхности всех типов гранул наблюдаются поры различной величины, служащие для транспорта субстрата и выхода биогаза.
Одной из наиболее важных характеристик анаэробного ила, как было указанно выше, является метаногенная активность . Метаногенная активность зависит от состава сточных вод.
Стабильность работы анаэробных реакторов сильно зависит от значения рНсточных вод и его постоянства, оптимальными являются рН 7.0-8.0. Для формирования гранул и развития гранулированного ила имеет значение гидродинамический режим в реакторе, который определяется скоростью протока очищаемых сточных вод.
Обработка избыточного анаэробного ила не представляет никаких проблем. Высокое исходное содержание сухого вещества (до 100 г/дм 3 ), высокая зольность и стабильность, хорошие водоотдающие свойства и, как правило, его малые количества позволяют обезвоживать ил без применения реагентов с помощью центрифуг, ленточных фильтр-прессов и других стандартных устройств обработки сточных вод, либо на иловых площадках (при высоких нагрузках). Анаэробный ил, образующийся при очистке сточных вод пищевых производств, представляет собой высококачественное органоминеральное удобрение, которое можно использовать без особых ограничений. Сам по себе анаэробный ил не содержит патогенных микроорганизмов, а термофильный ил богат витамином В12 , поэтому его можно также использовать как пищевую добавку в корм крупного рогатого скота.
До недавнего времени целесообразным являлось использование метанового брожения только для обработкиосадков сточных вод, так как длительность процесса (несколько суток) предполагала наличие значительных объемов реакторов. В 80-х годах 20 в. были проведены многочисленные исследования и показано, что при определенных условиях в биореакторах возможно формирование гранулированного ила, и процесс биодеструкции загрязнений сточных вод таким илом обеспечивается в течение нескольких часов (6-14), что позволяет использовать этот метод для очистки сточных вод. Тем не менее, вряд ли этот метод можно считать альтернативным аэробному процессу биодеградации органических веществ сточных вод, так как его целесообразно применять при исходной концентрации загрязняющих веществ свыше 2000 мгО2 /дм 3 (по БПКп).
Механизм очистки.
При анаэробном преобразовании органических субстратов в метан под воздействием микроорганизмов должны быть последовательно реализованы 4 стадии разложения. Отдельные группы органических загрязнений (углеводы, протеины, липиды/ жиры) в процессе гидролиза преобразуются сначала в соответствующие мономеры (сахара, аминокислоты, жирные кислоты). Далее эти мономеры в ходе ферментативного разложения (ацитогенеза) преобразуются в короткоцепочечные органические кислоты, спирты и альдегиды, которые затем окисляются дальше в уксусную кислоту, что связано с получением водорода. Только после этого доходит очередь до образования метана на этапе метаногенеза. В качестве побочного продукта наряду с метаном образуется также и углекислый газ.
Все процессы преобразования тесно взаимосвязаны друг с другом и должны протекать в емкости анаэробного реактора в строго установленном порядке, т.к. любое нарушение одного из промежуточных этапов приводит к нарушению всего процесса. Поэтому требуется точное проектирование очистных сооружений и их настройка на соответствующую сточную воду.
Рисунок 1: Этапы разложения анаэробного преобразования
В зависимости от того, какой класс органических веществ преобладает в сточной воде, меняется состав биогаза и доля метана в нем. Углеводы в большинстве случаев разлагаются легко, однако они дают сравнительно меньшую долю метана. При разложении жиров и масел образуется большее количество биогаза с высоким содержанием в нем метана, однако, разлагаются они очень медленно. Кроме того, жирные кислоты, образующиеся как побочные продукты при разложении жиров и масел, могут препятствовать всему процессу разложения.
Описание конструкции метантенка.
Более совершенными сооружениями для сбраживания осадков являются метантенки . Сокращение сроков сбраживания в них за счет искусственного подогрева приводит к значительному уменьшению объема сооружений. В настоящее время метантенки широко применяются в отечественной и зарубежной практике. Метантенк представляет собой цилиндрический железобетонный резервуар с коническим днищем и герметическим перекрытием, в верхней части которого имеется колпак для сбора газа, откуда газ отводится для дальнейшего использования.
Метантенк представляет собой вертикальный сварной аппарат с цилиндрической обечайкой, с коническим днищем. В верхней части аппарат имеет горловину , имеющую диметр меньше диаметра основного аппарата.
Метантенк оборудован пропеллерной мешалкой, установленной в цилиндрической трубе, и приводимой в действие электродвигателем; теплообменником в виде труб, соединенных коллекторами трубы для загрузки исходного навоза; патрубка для отвода биогаза; патрубка для слива и устройствами и для выгрузки отферментированной массы.
Устройство для выгрузки отферментированной массы представляет собой вертикальную трубу, проходящую внутри аппарата, снабженную сливным патрубком с запорным устройством.
Различают мезофильное (при температуре 30—35 °C) и термофильное (при температуре 50—55 °C) сбраживание. При термофильном сбраживании процесс распада проходит быстрее, но сброженный осадок хуже отдаёт воду. Смесь газов, выделяющихся при сбраживании, состоит преимущественно из метана (до 70 %) и углекислого газа (до 30 %). Метан (сжигаемый в котельной) используется для получения пара, которым подогревают осадок
Анаэробная очистка сточных вод имеет определенные преимущества и недостатки:
· в процессе не образуется много избыточного активного ила, следовательно, нет проблем с его утилизацией;
· 89% энергии процесса идет на выработку метана;
· такой способ очистки возможен только при небольших концентрациях субстрата;
· достаточно небольшая скорость прироста биомассы;
· более простое устройство оборудование по сравнению с аэробной очисткой.
Вышеуказанный метод применим, когда концентрацияопределенных загрязняющих веществ не превышает допустимый уровень. В большинстве случаев необходимо проводить три-четыре ступени предочистки сточных вод, чтобы добиться необходимого содержания определенных веществ. Кроме того, чтобы сбросить уже очищенные сточные воды в водоем после сооружений биологической очистки, часто необходима их доочистка (например, озонированием или УФ-облучением).
Список используемой литературы.
1) Карпинский А. А., Новые достижения в технологии сбраживания осадков сточных вод, М., 1959; Канализация, 4 изд., М., 1969.
2) Дж. Бейлли, Д. Оллис. Основы биохимической инженерии. М. Мир, 1989, 2 Т.
3) Добровольский, Основы биогеохимии. Учеб. пособие для геогр., биол., геол., с.-х. спец. вузов. , Высш. шк., 1998
4) Роев Г.А. Очистные сооружения. Охрана окружающей среды, М., Недра, 1999
История:
Еще в городах древнего Египта, Греции
и Рима существовали канализационные
системы, по которым отходы
жизнедеятельности людей и животных
транспортировались в водоемы - реки,
озера и моря. В Древнем Риме перед
сбросом в Тибр канализационные стоки
накапливались ивыдерживались в
накопительном пруде-отстойнике клоаке (cloaca maxima).
В Средние века этот опыт
был в значительной степени
забыт, помои, экскременты
людей и животных,
выливались на городские
улицы и удалялись
эпизодически. Это являлось
причиной загрязнения и
заражения источников
питьевой воды и приводило
к возникновению эпидемий
холеры, тифа, амебной
дизентерии и др. В начале
19 века в Англии былизобретен туалет с водяным
смывом (water closet, WC).
Возникла очевидная
необходимость в обработке
сточных вод и
предотвращения их
попадания в источники
питьевой воды. Сточные
воды собирали и
выдерживали в больших
емкостях, осадок
использовали в качестве
удобрений. В начале
двадцатого века были
разработаны интенсивные
системы очистки бытовых
сточных вод, включая поля
орошения, где вода
очищалась,фильтруясь
через почву, струйные
фильтры со щебневой и
песчаной загрузкой, а
также резервуары с
принудительной аэрацией аэротенки.
Первоначально основной целью очистки стоков являлось их
обеззараживание. Понимание важности качественной
очистки сточных вод для охраны природных водоемов
пришло позже. Проблема чистой воды является одной из
актуальнейших проблем наступившего века. Для
сохранения мест заборапитьевой воды чистыми
необходима качественная очистка сточных вод,
производство которых в России достигает 500 литров в
сутки на душу городского населения. В настоящее время
разработаны и развиваются современные технологии
очистки сточных вод. Наибольший интерес и перспективу
имеют естественные и самые дешевые биологические
методы очистки, представляющие собой интенсификацию
природных процессов разложенияорганических
соединений микроорганизмами в аэробных или анаэробных
условиях.
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 или биопленке. Процесс
биологической очистки происходит в
аэротенках, в которые подают сточнуюводу и активный ил
Схема аэробной очистки сточных
вод
1 - первичный отстойник;
2 – предаэратор
; 3 - аэротенк;
4 - регенератор активного ила
; 5 - вторичный отстойник
Активный ил состоит из живых организмов и твердого
субстрата. Сообщество всех живых организмов (скопления
бактерий, простейшие, черви, плесневые грибы, дрожжи,
актиномицеты, водоросли), населяющих ил, называют
биоценозом.Активный ил - амфотерная коллоидная система, имеющая при
pH 4. 9 отрицательный заряд. Сухое вещество активного ила
содержит 70. 90% органических и 30. 10% неорганических
веществ. Субстрат, составляющий до 40% активного ила,
представляет собой твердую отмершую часть остатков
водорослей и различных твердых остатков; к нему
прикрепляются организмы активного ила. В активном иле
находятся микроорганизмыразличных экологических групп:
аэробы и анаэробы, термофилы и мезофилы, галофилы и
галофобы.
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Карагандинский государственный технический университет
по дисциплине: Экология
Тема: __________Биологические методы очистки
Руководитель
_________________
(оценка) (фамилия, инициалы)
(подпись) (дата)
(фамилия, инициалы)
(подпись) (дата)
Биологические методы применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от разнообразных растворенных органических и некоторых неорганических (сероводород, аммиак и др.) соединений. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности. Известны аэробные и анаэробные методы биологической очистки сточных вод.
Аэробный метод основан на использовании аэробных микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура в пределах 20. 40 °С. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле или в виде биопленки. Активный ил состоит из живых организмов и твердого субстрата. Живые организмы представлены бактериями, простейшими червями и водорослями. Биопленка растет на наполнителе биофильтра и имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1. 3мм и более. Биопленка состоит из бактерий, простейших грибов, дрожжей и других организмов.
Аэробная очистка происходит как в природных условиях, так и в искусственных сооружениях.
Очистка в природных условиях происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах.
Поля орошения - это специально подготовленные для очистки сточных вод и агрокультурных целей площади. Очистка протекает под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием растений. В почве полей орошения находятся бактерии, дрожжи, водоросли, простейшие животные. Сточные воды содержат в основном бактерии. В смешанных биоценозах активного слоя почвы возникают сложные взаимодействия микроорганизмов, в результате чего сточная вода освобождается от содержащихся в ней бактерий. Если на полях не выращиваются сельскохозяйственные культуры, и они предназначены только для биологической очистки сточных йод, то они называются полями фильтрации.
Биологические пруды - это каскад прудов, состоящий из 3. 5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Такие пруды предназначены для биологической очистки сточных вод или доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями.
Очистка в искусственных сооружениях поводится в аэротенках и на биофильтрах. Более широкое применение нашли аэротенки.
Аэротенки - это железобетонные резервуары, представляющие собой открытые бассейны, оборудованные устройствами для принудительной аэрации. Глубина аэротенка - 2. 5м.
Анаэробный метод очистки протекает без доступа воздуха. Его в основном используют для обезвреживания твердых осадков, которые образуются при механической, физико-химической и биологической очистке сточных вод. Эти твердые осадки сбраживаются анаэробными бактериями в специальных герметичных резервуарах, которые называются метантенками В зависимости от конечного продукта брожение бывает спиртовое, молочнокислое, метановое и др. Для сбраживания осадков сточных вод используется метановое брожение.
Почва и почвообразующие факторы
Почва - это рыхлый поверхностный слой земной коры, обладающим плодородием. Почва непрерывно изменяется под влиянием климата, биологических факторов и деятельности человека.
Главное качество почвы - плодородие, которое определяется способностью удовлетворять потребность человека и других живых организмов в питательных веществах, воде и воздухе.
Казахстан располагает большими земельными ресурсами. Природные черноземные земли расположены узкой полосой в северной и северо-западной части республики, где температурные условия и атмосферные осадки позволяют выращивать стабильные урожаи. Восточная и центральные части из-за часто повторяющихся засушливых лет считаются зоной рискованного земледелия. Южная часть республики расположена в полупустынной и пустынной зонах, и земледелие здесь возможно только орошаемое.
В последние годы прекратился прирост пашни, удобные и пригодные земли освоены, остались неудобные солонца, солончаки и пески. Несмотря на это, продолжается отвод сельскохозяйственных угодий на несельскохозяйственные нужды: под строительство дорог, промышленных предприятий, жилья и других объектов. Ежегодно на эти цели изымается 18..20 тыс. га
Виды негативного влияния на почву и меры борьбы с ними
Понижение плодородия почвы и полная потеря его происходят в результате эрозии, засоления, заболачивания, загрязнения и прямою разрушения при производстве строительных, горнодобывающих и других работ.
Эрозия - это процесс разрушения верхних, наиболее плодородных горизонтов почвы и грунта водой или ветром. 9/10 всех потерь пахотных земель приходится на ее долю.
В Казахстане эрозированные земли составляют около 18. 20 тыс. га, и расположены в северных, западных и центральных степных районах.
Эрозия в основном возникает по вине человека. Ей подвержены сухие, бестравные и безлесные земли. Напротив, лесистые местности являются накопителями влаги и противодействуют возникновению эрозии. Каждый гектар леса удерживает более 500 м3 воды.
Различают два вида эрозии; ветровую и водную.
Ветровая эрозия протекает при сильном ветре (порядка 18. 20 и более м/с). Местная ветровая эрозия может появляться и при скорости 5. 6 м/с. При этом может выдуваться верхний горизонт мощностью до 15. 20 см, а иногда и весь пахотный слой.
Водная эрозия возникает при сильных ливнях, интенсивном таянии снега, разрушает почвенный покров, образуются овраги.
Меры борьбы с эрозией почв осуществляются с применением следующих мероприятий:
организационно-хозяйственные мероприятия - дифференцированное использование земель, обработка посевов, внесение удобрений, применение разных типов севооборота, расположение почвозащитных многолетних насаждений, оросительных и осушительных систем, дорог, скотогонов и т.д.;
агротехнические приемы, которые обеспечивают оптимальные условия пищевого, водного, воздушного и теплового режима почвы для роста, развития и формирования урожая возделываемых культур. К таким агротехническим приемам относятся: регулирование глубины вспашки, безотвальная или плоскорезная обработка почвы, распашка на склонах на более 5°, применение лесомелиоративных и гидротехнических мероприятии.
Засоление возникает при повышении содержания в почве легкорастворимых солей (карбоната натрия, хлоридов, сульфатов), обусловленное грунтовыми или поверхностными водами (первичное засоление), но часто вызванное неправильным орошением (вторичное засоление). Почвы считаются засоленными при содержании более 0,1 % по весу токсичных для растений солей. Увеличение соли на орошаемых землях до 1% снижает урожай на 1/3, а до 2. 3 % - ведет к гибели посевов. Причина возникновения засоления - орошение полей методом затопления или устройством арыков. При такой практике сначала вода большие фильтрует, соли вымываются вниз, урожайность повышается. Через несколько лет происходит обратный процесс: уровень грунтовых вод поднимается, уменьшается фильтрация, увеличивается испарение, и соли выносятся на поверхность почвы.
Опустынивание. В мире ежегодно теряется 50. 60 тыс. км 2 земли в результате опустынивания. Общая площадь пустынь достигла 20 млн. км .
В результате опустынивания уменьшается биологическое разнообразие регионов, меняются погодные условия, сокращаются водные ресурсы, что приводит к нехватке продовольственных ресурсов.
Главной мерой защиты земель от опустынивания является предотвращение выдувания почвы путем лесопосадок и создания искусственных однолетних пастбищ.
Заболачивание имеет место в районах, где количество атмосферных осадков превышает количество испаряющейся с поверхности почвы влаги, и тогда происходит заболачивание земель. На территории Казахстана болот нет, а заболоченные земли занимают незначительные площади. Для сельскохозяйственного использования заболоченных земель необходимо их осушение путем проведения дренажных работ в комплексе с другими агротехническими мероприятиями.
Истощение почвы. Это явление связано с перегрузкой пашни, изъятием питательных веществ из почвы в больших размерах. Почвы теряют органические вещества, ухудшается структура почвы, водный и воздушный режим, появляется уплотнение, ухудшаются биогенный и окислительно-восстановительный режим. Истощаются луга и пастбища в результате чрезмерного выпаса скота.
Важным направлением борьбы с истощением является мелиорация, оросительные мероприятия.
Мелиорация - это совокупность организационных, хозяйственных, технических мероприятий, направленных на улучшения почв и их плодородия.
- гидротехническая (орошение, осушение, промывка засоленных почв);
- химическая (известкование, гипсование, внесение других химических мелиорантов);
- агробиологическая ( агролесомелиорация и др.);
- улучшение физических и структурных свойств почвы (пескование глинистых и глинование песчаных и торфяных почв).
Допустимые антропогенные нагрузки на окружающую среду
Любая, возникшая за счет какого-либо воздействия нагрузка на экологические системы, способная вывести из нормального состояния, определяется как экологическая нагрузка. Допустимая антропогенная нагрузка на окружающую среду - это нагрузка, которая не меняет качества окружающей среды или меняет ее в допустимых пределах, при которых не нарушается существующая экологическая система и не возникают неблагоприятные последствия в важнейших популяциях.. Если нагрузка превышает допустимую, то антропогенное воздействие причиняет ущерб популяциям, экосистемам или биосфере в целом.
При определении допустимых нагрузок руководствуются следующими требованиями к показателям нормального функционирования экосистем:
1. Биомасса всех основных звеньев пищевых цепей должна быть высокой. Это обеспечивает синтез большого количества кислорода и продуктов животного происхождения.
2. Высокой биомассе должна соответствовать высокая продуктивность. Это создает предпосылки для быстрой компенсации возможных потерь биомассы на отдельных уровнях в результате случайных или закономерных внешних воздействий.
3. Высокая стабильность биогеоценоза в широком диапазоне внешних условий.
4. Обмен вещества и энергии протекает с большой скоростью. Это обеспечивает максимальную скорость биологической самоочистки системы.
5. Способность к быстрой перестройке структуры сообществ и к быстрым эволюционным преобразованиям популяций. Это обеспечивает поддержание биогеоценоза в оптимальном состоянии при изменении условий среды.
6. Экосистемы делят на три категории: а) заповедные; б) естественные; в) зоны с сильно преобразованными экосистемами.
7. Учитывают фоновые загрязнения биосферы.
Определение антропогенной нагрузки имеет большое значение при проектировании и осуществлении хозяйственного развития, строительства городов, определении приоритетов в природоохранной деятельности, для определения последствий воздействия и мер, направленных на уменьшение таких воздействий.
При экологическом нормировании допустимых антропогенных нагрузок нужно учитывать:
- Экологическое нормирование различных воздействий, конечной задачей которого является защита экосистем. С этой целью выработаны предельно допустимые концентрации для различных веществ.
Реакцию экосистем на любое воздействие. Основным критерием здесь является отсутствие снижения продуктивности, стабильности и разнообразия экосистем.
* Действие устойчивых загрязнителей, переход загрязняющих веществ из одной среды в другую, пути воздействия таких веществ на популяции и экосистемы. Изучение пути загрязняющих веществ от источника его выброса до попадания в живой организм.
* Структуру экосистем для определения влияния на нее нагрузок. Основы мониторинга окружающей среды.
Мониторинг - это система наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды.
Цель мониторинга - выявление антропогенных загрязнений, выявление критических ситуаций, факторов воздействия и наиболее подверженных воздействию элементов биосферы.
В РК в 1994 году разработана концепция Единой государственной системы экологического мониторинга РК (ЕГСЭМ РК). Согласно этой концепции целью экологического мониторинга является информационное обеспечение управления природоохранной деятельностью на территории РК. Система мониторинга оценивает состояние объектов окружающей среды в отношении воздействия на здоровье человека, экологического состояния окружающей среды, пригодности природных ресурсов для конкретных видов использования.
Основные задачи экологического мониторинга:
1. Сбор и обработка данных наблюдений
2. Организация и ведение специальных банков данных, характеризующих экологическую обстановку и состояние природных ресурсов на территории РК, отдельных ее регионов
3. Оценка и прогноз состояния окружающей среды и антропогенного воздействия на нее
4. Информационное обеспечение долгосрочного и оперативного управления состоянием окружающей среды.
Данная система состоит из трех уровней: локального, регионального и республиканского.
Локальный уровень строится в соответствии с существующим административно-территориальным делением РК. Он выполняет следующие функции:
* Вырабатывает информацию о состоянии объектов окружающей среды и источников воздействия на них
* Вырабатывает информацию о реальных масштабах воздействия, в целях оперативного принятия управляющих действий
* Осуществляет наблюдение за показателями, специфическими для данного региона
* Формирует обобщенную информацию для обеспечения банков данных регионального и республиканского уровней.
Локальная система включает в себя станции и посты наблюдения
Региональный уровень является основным системообразующим элементом и формируется по типу региональных эколого-информационных центров, создаваемых по территориальному расположению в наиболее крупном центре региона. В его состав входят следующие подразделения:
* Оперативно-аналитическое, которое осуществляет оперативный анализ информации об экологическом состоянии региона и путях решения региональных экологических проблем и обеспечивает информацией СМИ и местные администрации
* Информационно-аналитический, собирает информацию локального уровня, создает банк данных, организует обмен информацией' с другими центрами и республиканским центром
* Научно-исследовательский, осуществляет и координирует научные исследования по региональным программам
Отдел обеспечения локальных станций, осуществляет научно-методологическое обеспечение, обучение персонала станций, обеспечение сертификации и метрологии приборов.
Республиканский уровень отвечает за методологическое, организационное, информационное обеспечение в целом.
Читайте также: