Биохимическая очистка сточных вод реферат
Обновлено: 05.07.2024
Ещё в городах древнего Египта, Греции и Рима существовали канализационные системы, по которым отходы жизнедеятельности людей и животных транспортировались в водоёмы – 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, потом, экскременты людей и животных, выливались на городские улицы и удалялись эпизодически. Это являлось причиной загрязнения и заражения источников питьевой воды и приводило к возникновению эпидемий холеры, тифа, амебной дизентерии и др. В начале 19 века в Англии был изобретен туалет с водяным смывом ( water closet , WC ). Возникла очевидная необходимость в обработке сточных вод и предотвращения их попадания в источники питьевой воды. Сточные воды собирали и выдерживали в больших емкостях, осадок использовали в качестве удобрений. В начале двадцатого века были разработаны интенсивные системы очистки бытовых сточных вод, включая поля орошения, где вода очищалась, фильтруясь через почву, струйные фильтры со щебневой и песчаной загрузкой, а также резервуары с принудительной аэрацией – аэротенки. Последние являются основным узлом современных станций аэробной очистки городских сточных вод. Первоначально основной целью очистки стоков являлось их обеззараживание. Понимание важности качественной очистки сточных вод для охраны природных водоемов пришло позже. Проблемой чистой воды является одной из актуальнейших проблем наступившего века. Для сохранения мест забора питьевой воды чистыми необходима качественная очистка сточных вод, производство которых Украине 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.
Очистка сточных вод подразумевает практически полное биологическое разложение органических соединений в воде. По существующим нормам, содержание органических веществ в очищенной воде не должно превышать 10 мг/л.
Биохимическая очистка основана на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек. Этот процесс протекает благодаря способности некоторых микроорганизмов разрушать органические и некоторые неорганические соединения (например, сульфиды и соли аммония), превращая их в безвредные соединения. – продукты окисления – воду, двуокись углерода, нитрат и сульфаты.
Деградация органических веществ микроорганизмами в аэробных и анаэробных условиях осуществляется с разными энергетическими балансами суммарных реакций. При аэробном биоокислении глюкозы 59% энергии, содержащейся в ней, расходуется на прирост биомассы и 41% составляет тепловые потери. Этим обусловлен активный рост аэробных микроорганизмов. Чем выше концентрация органических веществ в обрабатываемых стоках, тем сильнее разогрев, выше скорость роста микробной биомассы и накопления избыточного активного ила. При анаэробной деградации глюкозы с образованием метана лишь 8% энергии расходуется на прирост биомассы, 3% составляют тепловые потери и 89% переходит в метан. Анаэробные микроорганизмы растут медленно и нуждаются в высокой концентрации субстрата.
Аэробный процесс: С6Н12О6+6О2–>6СО2 +6Н2О+ микробная биомасса + тепло.
Анаэробный процесс: С6Н12О6–>3СН4 +3СО2+ микробная биомасса + тепло.
Аэробный осуществляется бактериями при наличии в воде кислорода и является основным способом биоочистки. Существует несколько видов устройств, использующих аэробный принцип.
В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной плёнкой. Благодаря этой плёнке, служащей действующим началом, быстро протекают процессы биологического окисления.
В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоём.
В аэротенках (огромных резервуарах из железобетона) очищающим началом служит активный ил из различных микроорганизмов. Их развитию способствуют органические вещества, поступающие со сточными водами, а так же искусственно создаваемый избыток кислорода. Ферменты, выделяемые микроорганизмами, минерализуют органические загрязнения.
Биологический метод даёт хорошие результаты при очистке коммунальных стоков. Он применяется и при очистке стоков предприятий целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей промышленности.
Аэробное микробное сообщество представлено разными микроорганизмами, в основном бактериями, окисляющими различные органические вещества в большинстве случае независимо друг от друга, хотя окисление некоторых веществ осуществляется путем соокисления (кометаболизм). Аэробное микробное сообщество активного ила систем аэробной очистки воды представлено исключительным биоразнообразием. В последние годы с помощью новых молекулярно-биологических методов, в частности специфических рРНК проб, в активном иле показано присутствие бактерий родов Paracoccus , Caulobacter , Hyphomicrobium , Nitrobacter , Acinetobacter , и т.д.
Считается что к настоящему времени идентифицировано не более 5% видов микроорганизмов, участвующих в аэробной очистке воды. Следует отметить, что многие аэробные бактерии являются факультативными анаэробными. Они могут расти в отсутствии кислорода за счет других акцепторов электрона (анаэробное дыхание) или брожения (субстратное фосфорилирование). Продуктами их жизнедеятельности являются углекислота, водород, органические кислоты и спирт.
Анаэробный осуществляется бактериями, не требующими кислорода и заключаются в сбраживании загрязняющих веществ в закрытых аппаратах без доступа воздуха – метатенках и может применяться для предварительной подготовки стоков, с большим содержанием органических осадков.
Биологической очистке сточных вод обычно предшествует механическая очистка. А следуют за ней химические и физико-химические методы (хлорирование, электролиз, озонирование).
Анаэробная деградация органических веществ, при метаногенезе осуществляется как многоступенчатый процесс, в котором необходимо участие по мере четырех групп микроорганизмов: гидролитиков, бродильщиков, ацетаногенов и метаногенов. В анаэробном сообществе между микроорганизмами существуют тесные и сложные взаимосвязи, имеющие аналоги в многоклеточных организмах, поскольку ввиду субстатной специфичности метагенов, их развитие невозможно без трофической связи с бактериями предыдущих стадий. В свою очередь метановые археи, используя вещества, продуцируемые первичными анаэробными, определяют скорость реакций, осуществляемых этими бактериями. Ключевая роль в анаэробной деградации органических веществ до метана играют метановые археи родов Methanosarcina , Methanosaeta ( Methanothrix ), Methanomicrobium 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.
Биоплато. Прогрессивным развитием методов естественной биологической очистки являются биоинженерные сооружения типа биоплато. Для очистки и доочистки сточных вод населенных пунктов могут быть использованы конструкции типа инфильтрационных и поверхностных биоплато.
Инфильтрационное биоплато – инженерное сооружение, размещенное, как правило, в котловане глубиной до 2 м, на дне которого устраивается противофильтрационный экран из полиэтиленовой пленки. Поверх крана укладывается горизонтальный дренаж и слой щебня, песка, керамзита или другого фильтрующего материала. Поверхность сооружения засаживается камышом, тростником, рогозом и другими местными видами высшей водной растительности из расчета не менее 10–12 стеблей на 1 – 2 м.
По технологии биоплато в очистке воды принимает участие сообщества водных (на поверхности блока) и почвенных (в фильтрующем слое) микроорганизмов, высшая водная растительность и сам фильтрующий слой.
Очистные сооружения типа биоплато: А – инфильтрационное биоплато; Б – поверхностное биоплато: 1 – подача воды на очистку; 2 – отстойник; 3 – осадок; 4 – распределительный трубопровод; 5 – противофильтрационный экран; 6 – растительный грунт; 7 – песок; 8 – щебень; 9 – дренаж; 10 – высшая водная растительность; 11 – каменная наброска; 12 – очищенная вода
Поверхностное биоплато также размещается в котловане и имеет противофильтрационный экран. Роль дренажа выполняет каменная наброска, вместо фильтрующего слоя укладывается грунт котлована, поверхность которого засаживается высшей водной растительностью. Высшая водная растительность, кроме очистительной функции, обеспечивает повышенную транспирацию (испарение) очищаемой жидкости в летний период примерно на 10-15%. Транспирационные свойства высшей водной растительности могут быть использованы также для ускорения подсушивания иловых площадок, повышения пропускной способности и эффективности очистки полей фильтрации.
Очистные сооружения по технологии биоплато состоят, как правило, из нескольких блоков, располагаемых каскадом, причем блок поверхностного биоплато является концевым. В состав сооружения биоплато в качестве концевого может быть включен болотистый участок (естественное поверхностное биоплато) с наличием достаточных зарослей высшей водной растительности. Начальным блоком сооружения является отстойник, где происходит удаление крупных включений и взвешенных веществ.
По технологии биоплато обеспечивается очистка хозяйственно-бытовых сточных вод по БПК до 5–10 мг/л, по взвешенным веществам – до 8–12 мг/л, причем наличие взвешенных веществ в основном связано с выносом их из фильтрующего слоя. Значительно (на 40–70%) снижается содержание соединений азота и фосфора. Сооружения биоплато, удачно расположенные по рельефу местности, не требуют применения электроэнергии, химикатов и обеспечивают надежную работу как в летний, так и в зимний период. Для очистки производственных сточных вод по технологии биоплато требуется производить их предочистку в соответствии с особенностями их состава и свойств.
Необходимо отметить, что существующими методами очистить сточные воды полностью, на 100% не только технически невозможно, но и экономически нецелесообразно. После определённой границы затраты на каждый дополнительный процент очищения возрастают по экспоненте. Поэтому обычно поступают так – очищают воду до определённой экономически обоснованной границы, затем разбавляют её чистой водой таким образом, чтобы содержание примесей не превышало определённые предельно допустимые значения. Биопрепараты как средство для инициации и интенсификации очистки сточных вод.
В настоящее время существует множество биопрепаратов, используемых для очистки сточных вод. Это консорциумы микроорганизмов, выделенные методом накопительных культур обычно из активного ила аэротенков городских сооружений очистки сточных вод. Они используются для очистки сточных вод местного значения, например в селах, дачных и коттеджных поселках, небольших поселках городского типа, мини – заводах и т.п. Биопрепараты, содержащие органическое число видов микроорганизмов, по спектру разлагаемых веществ уступают свежему активному илу. Однако, они содержат быстро растущие штаммы, которые инициируют процессы разложения органических загрязнений. В не стерильном процессе развиваются также микроорганизмы, содержащие в отходах, и в микробное сообщество включаются недостающие звенья.
Действие микроорганизмов биопрепаратов в том, что в процессе своей жизнедеятельности они вырабатывают ферменты, которые способны, расщеплять жиры, белки и другие сложные вещества органического происхождения на более простые органические вещества, которые легко разлагаются ими до углекислоты и простых соединений азота. После добавления препарата возрастает концентрация микроорганизмов, а следовательно и степень очистки. Клетки микроорганизмов иногда иммобилизуют на твердом дисперсном носителе, который может служить дополнительным источником азота и фосфора. Препараты содержат ассоциации 6–12 штаммов аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов, обеспечивающих комплексную очистку сточной воды от органических загрязнений: жиров, белков, сложных углеводов, и даже (специализированные) от нефтепродуктов. В качестве питательных элементов биопрепараты содержат соли азота и фосфора, которые стимулируют рост микроорганизмов и выработку микроорганизмами липолитических, амилазолитических, карбогидразных, и других ферментов, максимально облегчающих разложение органики. Аналогичные биоактиваторы, но с несколько другим составом, применяются так же при производстве компоста, в биотуалетах и т.п.
Вывод. Преимуществом аэробной очистки является высокая скорость и использование веществ в низких концентрациях. Существенными недостатками, особенно при обработке концентрированных сточных вод, является высокие энергозатраты на аэрацию и проблемы, связанные с обработкой и утилизацией больших количеств избыточного ила. Аэробный процесс используется при очистке бытовых, некоторых промышленных и свиноводческих сточных вод с ХПК не выше 2000. Исключить указанные недостатки аэробных технологий может предварительная анаэробная обработка концентрированных сточных вод методом метанового сбраживания, которая не требует затрат энергии на аэрацию и более того сопряжена с образованием ценного энергоносителя – метана. Преимуществом анаэробного процесса является также относительно незначительное образование микробной биомассы. К недостаткам следует относить невозможность удаления органических загрязнений в низких концентрациях. Для глубокой очистки концентрированных сточных вод анаэробную обработку следует использовать в комбинации с последующей аэробной стадией. Выбор технологии и особенности обработки сточных вод определяется содержанием органических загрязнений в них.
Сточные воды больших городов и небольших поселков значительно отличается по концентрации органических загрязнителей. Содержание органических загрязнителей в сточных водах больших городов не превышает 500 мг/л, составляя обычно 200–300 мг/л. Бытовые сточные воды небольших населенных пунктов содержат больше органики, от 500-1000 г./л и более. В современных дачных и коттеджных поселках часто туалетные и кухонные сточные воды, содержащие большое количество органических загрязнений, отделяются от стоков ванных комнат. Для очистки сточных вод интенсивно развивающихся коттеджных поселков строятся локальные очистные сооружения, для пуска которых и вывода на рабочий необходимо использовать активный ил городских станций аэрации или специальные микробные препараты.
С писок использованной литературы
Проблема рационального использования водных ресурсов стала одной из важнейших проблем современности. Развитие промышленности, переход сельского хозяйства на индустриальную основу, рост городов способствуют постоянному росту водопотребления.
Содержание
Введение……………………………………………………………………….3
1. Очистка сточных вод. ……………………………………………………4
1.1. Характеристика сточных вод…………………………………………
1.2. Методы очистки сточных вод………………………………………..4
1.2.1. Механический метод очистки сточных вод…………………. 4
1.2.2. Химический метод очистки сточных вод…………………..….4
1.2.3. Физико-химический метод очистки сточных вод…………. 5
1.2.4. Биологический метод очистки сточных вод…………………..5
1.3. Выбор метода очистки сточных вод………………………………. 5
2. Биохимическая очистка сточных вод…………………………………. 8
2.1. Биохимическая очистка сточных вод в аэротенках………………. 9
2.1.1. Принцип……………………………………………………. …10
2.1.2. Условия проведения процесса………………………………. 10
2.1.3. Кислородный режим в аэротенках…………………………. 11
2.1.4. Конструкция аэротенков……………………………………….12
2.2. Биохимическая очистка сточных вод в биофильтрах……………. 14
2.2.1. Биофильтра с объёмной загрузкой …………………………. 15
2.2.2. Биофильтра с проскостной загрузкой………………………. 16
2.2.3. Биофильтры стабилизаторы…………………………………. 17
2.2.4. Устройство биофильтров……………………………………. 18
Заключение…………………………………………………………………..20
Литература…………………………………………………………………. 21
Прикрепленные файлы: 1 файл
Биохимическая Очистка сточных вод в аэротенках и биофильтрах.docx
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Биохимическая очистка сточных вод
в аэротенках и биофильтрах
Студент группы ВВз-12-1
Профессор кафедры ООС,
- Очистка сточных вод. ……………………………………………………4
- Характеристика сточных вод…………………………………………
- Методы очистки сточных вод………………………………………..4
- Механический метод очистки сточных вод…………………. 4
- Химический метод очистки сточных вод…………………..….4
- Физико-химический метод очистки сточных вод…………. 5
- Биологический метод очистки сточных вод…………………..5
- Биохимическая очистка сточных вод в аэротенках………………. 9
- Принцип……………………………………………………. .…10
- Условия проведения процесса………………………………. 10
- Кислородный режим в аэротенках…………………………. 11
- Конструкция аэротенков……………………………………….12
- Биофильтра с объёмной загрузкой …………………………. 15
- Биофильтра с проскостной загрузкой………………………. 16
- Биофильтры стабилизаторы…………………………………. 17
- Устройство биофильтров……………………………………. 18
Проблема рационального использования водных ресурсов стала одной из важнейших проблем современности. Развитие промышленности, переход сельского хозяйства на индустриальную основу, рост городов способствуют постоянному росту водопотребления.
Возникновение новых производств обычно сопровождается применением или получением реагентов – неорганических и органических, которые часто становятся компонентами сточных вод.
Если в начале 20 века в практической деятельности людей использовались 54 химических элемента, то в настоящее время более 80. В то же время в технологические процессы включаются и новые органические соединения, действия которых на водоемы и качество потребляемой воды ещё недостаточно изучено.
- изучить биохимическую очистку воды,
- разобрать устройство аэротенков и биофильтров,
- выяснить, когда необходима установка аэротенка, а когда биофильтра.
Цель данного реферата:
- знать, когда необходимо устанавливать аэротенки, а когда биофильтра;
- уметь различать аэротенки и биофильтра., знать их конструктивные особенности.
Очистка сточных вод — комплекс мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся в бытовых и промышленных сточных водах.
Сточные воды делятся на бытовые, производственные и ливневые. Они отличаются друг от друга своим происхождением, составом, биологической активностью и в связи с этим, способами очистки.
Очистка сточных вод - это обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них загрязняющих веществ. В ходе процесса очистки образуется очищенная вода и отход, содержащий загрязняющие вещества в высоких концентрациях. Как правило, это уже твердый отход пригодный для захоронения или утилизации.
Методы очистки сточных вод можно разделить на механические методы, химические методы, физико-химические методы и биологические методы. Чаще всего используются комбинации данных методов. Применение того или иного метода очистки сточных вод в каждом конкретном случае определяется характером загрязнений и требованиями к очищенной воде.
Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации или флотации удаляются твердые примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются отстойниками, решетками, ситами, песколовками, нефтеловушками и др. Механическая очистка применяется, как правило, на первой стадии очистки и позволяет удалять крупнодисперсные загрязняющие вещества и подготовить сточную воду для дальнейшей очистки.
Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязняющими веществами и осаждают их в виде нерастворимых химических соединений, которые выпадают в осадок.
При физико-химическом методе очистки из сточных вод удаляются тонко дисперсные, растворенные неорганические и органические вещества. Примеры физико-химических методов очистки: коагуляция, флокуляция, окисление, сорбция, ионообменный метод, экстракция, электролиз и электрокоагуляция.
Среди методов очистки сточных вод большую роль играет биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения природных водоемов. Есть несколько типов биологических сооружений: биофильтры, биологические пруды и аэротенки и метанреакторы.
Биологический метод очистки сточных вод основан на способности микроорганизмов, использовать органические вещества, находящиеся в сточных водах, в качестве источника питания, в результате чего происходит их окисление загрязняющих веществ. Биологическая очистка сточных вод представляет собой результат функционирования системы активный ил — сточная вода.
Выбор оптимального метода очистки сточной воды – достаточно сложная задача, что обусловлено многообразием находящихся в воде загрязняющих веществ и высоким требованиями, предъявленными к очищенной сточной воде. При выборе метода очистки загрязняющих веществ учитывают не только их состав, но и требования к очищенной воде. Для приготовления технической воды или обеспечения условий сброса очищенных сточных вод в водоем большое значение имеет экономическая оценка методов очистки сточной воды. Экономическое преимущество имеют, как правило, замкнутые системы использования воды.
Применяемые методы очистки должны обеспечивать максимальное использование очищенных сточных вод в основных технологических процессах и минимальный их сброс в окружающую среду.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Давыдова Ирина Владимировна
Основная часть. Способы биологической очистки сточных вод_________________стр. 4-8
2.1.1. Виды биофильтров____________________________________________________стр.4-5
2.1.2. Состав биофильтров___________________________________________________стр.5
2.1.3. Механизм действия биофильтра_________________________________________стр. 5-6
2.1.4. Капельные биофильтры________________________________________________стр. 6
2.1.5. Высоконагружаемые биофильтры (аэрофильтры)___________________________стр.6
2.1.6. Преимущество биофильтров____________________________________________стр. 6
2.2. Биологические пруды___________________________________________________стр. 6-7
2.2.1. Условия хранения сточной воды_________________________________________стр. 7
2.2.2. Технология возведения пруда___________________________________________стр. 7-8
2.2.3. Преимущества биологических прудов ____________________________________стр. 8
2.3. Аэротенки_____________________________________________________________стр. 8
2.3.1. Механизм действия аэротенка___________________________________________стр.8
2.3.2. Преимущество аэротенков______________________________________________стр.8
Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя не опишешь, тобою наслаждаешься, не понимая, что ты такое. Ты не просто необходима для жизни, ты и есть жизнь. С тобой во всем существе разливается блаженство, которое не объяснить только нашими пятью чувствами. Ты возвращаешь нам силы и свойства, на которых мы уже поставили было крест. Твоим милосердием снова отворяются иссякшие родники сердца.
Антуан де Сент-Экзюпери
Вода - источник жизни на Земле, это вещество играет значительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизнедеятельности организмов. Быт человека, жизнь животного и растительного мира также нельзя представить без воды. Для многих живых существ она является средой обитания. Невозможно обеспечить развитие промышленного и сельскохозяйственного производства без привлечения водных ресурсов.
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 человека в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км3.
Важно отметить, что 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве.Большое количество воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. 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 ученых всех стран мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.
В наше время известны следующие направления рационального использования водных ресурсов: более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических приемов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды. Очистка промышленных стоков от загрязнения - приоритетное направление современной науки.
Основная часть
Способы биологической очистки сточных вод
В основе биологического метода очистки воды лежат процессы биохимического и физиологического самоочищения природных водоемов. Перед биологической очисткой проводят механическую очистку сточных вод.
После биологической очистки проводят дезинфекцию , которая удаляет болезнетворные бактерий. Для дезинфекции после биологической очистки используют: химическую очистку при помощи хлорирования жидким хлором или хлорной известью; ультразвук; электролиз; озонирование. Основные способы очистки сточных вод: биофильтры, биологические пруды, аэротенки. (рисунок)
2. 1.Биофильтры
Биофильтр - очистное сооружение, основой которого служит слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой пленкой микроорганизмов. Пленка представляет собой колонии бактерий, которые активно участвуют в процессах биологического окисления загрязнений.
2.1.1. Виды биофильтров
Загрузочный материал-одна из важнейших составных частей биофильтра. Исходя из его разнообразия, биофильтры для очистки сточных вод можно разделить на:
1. Фильтры с объемной нагрузкой (для них характерно широкое использование щебня прочных горных пород, гальки, шлака и керамзита);
2. Фильтры с плоскостной нагрузкой (в данном случае необходимо применения пластмасс , которые выдерживают температуру 6-30 градусов по Цельсию, и при этом не теряют свою прочность).
Также биофильтры можно классифицировать на:
1. Двухступенчатые , обеспечивающие высокую степень очистки сточных труб в том случае, когда увеличить высоту устройства невозможно;
2. Биофильтры с капельным типом фильтрации . Хоть они и обладают низкой производительностью, но именно данный вид может обеспечить полную очистку вод.
2.1.2. Состав биофильтров
Для всех биофильтров, независимо от их конструкции, характерно наличие следующих составных частей:
1. Фильтрующая нагрузка - тело фильтра. Обычно она помещается в специальном резервуаре, стенки которого как водопроницаемы, так и водонепроницаемы;
2. Водораспределительное устройство , которое обеспечивает равномерность орошения сточными водами поверхности загрузки биологического фильтра;
3. Дренажное устройство, с помощью него происходит удаление сточной воды;
4. Воздухораспределительное устройство , обеспечивает бесперебойное попадание в систему биофильтра потоков воздуха, в итоге происходит окислительный процесс.
Функции биопленки идентичны функциям активного ила: она успешно адсорбирует и перерабатывает биологические вещества, находящиеся в сточных водах. Отработанная мертвая биопленка в дальнейшем отслаивается, смывается протекающей сточной водой и выносится из оборудования для очистки сточных вод.
2.1.3. Механизм действия биофильтра
Вода, загрязненная примесями, при прохождении через фильтрующую нагрузку оставляет на ней все загрязнители, которые не смогли образовать осадок на уровне первичного отстойника. Также на ней остаются различные коллоидные и растворенные органические вещества, которые сорбирует биологическая пленка.
Далее колонии микроорганизмов, которые питались веществами органического происхождения, получают новый источник энергии для продолжения своей жизнедеятельности. Часть органических веществ используются микроорганизмами как материал для роста их численности. Так обеспечивается одновременно и очистка сточных вод, и размножение бактерий в колонии. Кислород, важнейшая составляющая биохимического процесса, поступает в загрузку путем естественной и искусственной вентиляции фильтра.
Эффективность очистки сточных вод с помощью биофильтра обеспечивается сочетанием следующих факторов: биологическая потребность в кислороде (БПК) сточной воды; природа загрязнения веществ; скорость окислительных реакций; интенсивность дыхания микроорганизмов; толщина используемой биопленки; состав веществ, обитающих в биопленке; температура сточных вод, которые проходят через биофильтр.
2.1.4. Капельные биофильтры
Данный вид биофильтров характеризуется тем, что сточная вода подается в виде капель или струй. Для обеспечения вентиляции воздуха предусмотрены открытая крыша фильтра для очистки сточных вод и дренаж. Данный биофильтр характеризуется низкой нагрузкой по воде.
2.1.5. Высоконагружаемые биофильтры (аэрофильтры)
Главное отличие данного вида биофильтров от капельных состоит в повышенной окислительной мощности. Она обусловлена лучшим обменом воздуха и неспособностью загрузки заиливаться. Это возможно благодаря использованию специального загрузочного материала с показателем крупности, равным 40-70 мм, а также увеличением высоты работы нагрузки и ее гидравлики.
2.1.6. Преимущество биофильтров
Естественной биологическая флора, которую содержат современные биофильтры, дает возможность получить высококачественную очистку бытовых и промышленных сточных вод. Очищенные воды, могут повторно применятся в технологических процессах, либо безопасно утилизироваться, не оказывая, при этом, негативного влияния на экологическую ситуацию.
2.2. Биологические пруды
Биопруды создаются искусственно возле предприятий нефтехимической, коксохимической, нефтедобывающей промышленности, и в местах целлюлозного производства. Это заглубленные очистные сооружения, огражденные дамбой или плотиной. Биологические пруды с загрязненными отходными водами от предприятия строятся в местах, непригодных для ведения сельского хозяйства. Как правило, это овраги, склоны террас. Каждое очистное сооружение ограждается в целях безопасности дамбой, а если находится в глубоком овраге – плотиной. В очистке сточных вод принимают участие все организмы, живущие в биологическом пруде. В прудах происходят естественные процессы самоочищения и аэрации сточных вод.
2.2.1. Условия хранения сточной воды
Биологический пруд должен хранить в себе только стоки тех вод, которые не меняют своих качеств на протяжении всего срока хранения. Необходимо следить за отсутствием загрязнения водоема илом. Водоем для хранения сточных отходов должен функционировать временным, а не постоянным образом.
Водоем площадью до 50.000 м3 засаливает подземные чистые русла на расстоянии нескольких квадратных километров. Каждый биологический пруд-отстойник очень загрязняет воздух, выделяя в него активные химические вещества.
Рис. Принцип построения пруда для сточных вод
2.2.2. Технология возведения пруда
Пруд-накопитель по технологическим требованиям должен состоять из 2-х частей . Первая занимает 20% объема всего пруда и служит для фильтрации и отстаивания частиц продукции нефтепереработки. Вторая часть, объемом 80%, функционирует как своеобразный аккумулятор-накопитель . В качестве пруда-накопителя может быть использовано заболоченное озеро или болото, если рядом находится водопроводный слив сточных вод и большая площадь земельных угодий.
Метод использования биологического заболоченного озера экономически выгоден, но водопроводные осадки приобретают в болоте тиксотропное состояние, пруд покрывается твердой коркой, известь не помогает устранить проблему, поэтому пруд-хранилище должен быть временным вариантом.
2.2.3. Преимущества биологических прудов
данный способ является самым эффективным, подходят даже неглубокие пруды глубиной до одного метра. Значительная площадь поверхности позволяет воде хорошо прогреваться, что также оказывает необходимое воздействие на процессы жизнедеятельности принимающих участие в очистке микроорганизмов. Максимально эффективным данный способ является в теплое время года
2.3. Аэротенки
2.3.1. Механизм действия аэротенка
![hello_html_197b3335.jpg]()
Аэротенки - резервуары, содержащие биоактивный ил из быстро растущих колоний бактерий и простейших. Органические вещества в сточных водах и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха, способствуют развитию колоний микроорганизмов. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, омолаживают бактериальную массу ила.
2.3.2. Преимущество аэротенков
При прочих равных условиях аэротенк имеет большую окислительную способность, чем биофильтр. Это обеспечивается особенностями самого активного ила, который используется в аппарате. Рассматривая варианты крупногабаритных промышленных объёмов сточных вод и, соответственно, больших массах загрязнителя, аэротенк имеет преимущество относительно биофильтрации.
3. Заключение
Биологические методы очистки стоков основаны на естественных процессах жизнедеятельности бактерий – гетеротрофов. Они потребляют органические соединения, разлагая их на простые вещества, быстро размножаются и образовывают колонии, легко отделяемые от очищенной воды. Стоимость биологических очистных станций сравнительно невысокая. Эффективность методики достаточно высокая, но как самостоятельный способ она не применяется. Добиться высоких результатов очистки возможно при комбинированном внедрении разных методов. Поэтому в рамках комплексной очистки стоков применяются также химические, механические, мембранные, реагентные методы. Одним из минусов биологических методов очистки являются ограниченные возможности бактерий – микроорганизмы перерабатывают незначительные примеси органики.
4. Библиография
1.Карелин Я.А., Попова И.А., Евсеева Л.А. и др. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов - М.: Стройиздат, 1982.2.Роев Г.А., Юфин В.А. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов - М.: Недра, 1987.
3.Стахов Е.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов - Л.: Недра, 1983.
4. Роев Г.А. Очистные сооружения. Охрана окружающей среды - М.: Недра, 1993.
5. Родионов А.И., Клушин В.П., Торочешников И.С. Техника защиты окружающей среды. Учебник для вузов - М.: Химия, 1989.
6. Очистка производственных сточных вод: учебное пособие для вузов/ Под. ред. Яковлева С.В. - М: Стройиздат, 1985.
7. Захаров С.Л. Очистка сточных вод нефтебаз // Экология и промышленность России. - 2002. - январь С. 35-37.
8. Минаков В.В., Кривенко С.М., Никитина Т.О. Новые технологии очистки от нефтяных загрязнений // Экология и промышленность России. - 2002. - май С. 7-9.
* 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.
1. Описание технологического процесса и технологический схемы
3. Аэротенки I ступени
4. Качественные характеристики и параметры, влияющие на биологическую очистку стоков
4.2 Иловый индекс, зольность ила
4.3 Кислородный режим
4.4 Биогенные элементы
4.5 Динамика ила
5. Токсичные вещества и вещества, замедляющие процесс биохимической очистки
6. Вторичные радиальные отстойники
Сточные воды 1-ой и 2-ой системы, смешиваются в смесителях, проходят двухступенчатую биохимическую очистку и доочистку на узле флотационной очистки и биологических прудах, сбрасываются в реку Белая и частично используются в качестве подпитки оборотных систем. Для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов предусмотрена подача биогенных добавок (фосфор) и сжатого атмосферного воздуха.
Установка БОС введена в эксплуатацию в 1958 году.
В 1983 г. в схему установки БОС после третичных радиальных отстойников (ТРО) привязана установка напорной флотации. Установка напорной флотации предназначена для полного удаления из сточных вод отворенных органических загрязнений (нефти и нефтепродуктов), взвешенных веществ, коллоидных органических загрязнений и частичного удаления растворенных органических соединений.
1. Описание технологического процесса и технологической схемы
Биохимическая (биологическая) очистка сточных вод от загрязняющих веществ производится микроорганизмами активного ила в присутствии кислорода воздуха в специальных сооружениях. Основными сооружениями, где происходят процессы аэробного (в присутствии кислорода воздуха) окисления загрязнений являются аэротенки I и II ступеней очистки. Микроорганизмы активного ила (более 200 видов бактерий, грибы, простейшие микроорганизмы типа коловраток, амеб, червей) в процессе своей жизнедеятельности окисляют сложные органические соединения загрязняющих веществ до простых соединений (СО2, N2 ). Окисление (очистка) загрязнений происходит под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами активного ила и кислорода воздуха. Для проведения процесса очистки сточные оды смешиваются с активным илом в аэротенках I и II ступеней. Для разделения ила от стоков предусмотрены вторичные и третичные радиальные гравитационные отстойники. Отделенный от стоков активный ил насосами (эрлифтами на II ступени) снова возвращается в систему (аэротенки), т.е. постоянно циркулирует по замкнутому контуру. Избыточный активный ил периодически выводится из системы на утилизацию. БОС представляет собой сложный комплекс сооружений, каждое из которых выполняет определенные функции.
Флотационная очистка сточных вод. Сущность напорной флотации включается в растворении в сточной воде воздуха под давлением и последующем выделении его при пониженном давлении в виде мельчайших пузырьков, осуществляющих подъем пеношлама. Пена с поверхности флотаторов собирается лопастями пеносборного механизма в пеносборный лоток и отводится в приемную емкость, далее на ПРО-1,2 или на иловые площадки.
Первыми сооружениями в цепочке сооружений биохимической очистки стоков, принимающими и смешивающими стоки различного состава загрязнений, являются смесители С-1, С-2, С-3.
Смеситель С-1 принимает:
Для улучшения процесса смешения стоков в смеситель С-1 подается воздух. Удельный расход воздуха равен 2м3 на 1м3 стоков. В смесителе
происходит нейтрализация кислых стоков с рН 4-5 со щелочными с рН 10 до нейтральной среды (рН 6-7,5).
Из смесителя С-1 химзагрязненные стоки поступают в 4 параллельно работающие усреднители У-1,2,3,4.
Сюда же поступают:
В усреднителях, также как в смесителе С-1, происходит взаимная нейтрализация и окисление легкоокисляемых органических загрязнений кислородом воздуха, подаваемым от воздуходувной станции по трубопроводу Ду-ЗООмм. Удельный расход воздуха 15 м3 на 1 м3 стоков.
Из усреднителей У-1,2,3,4 химзагрязненные стоки поступают по трубопроводу Ду-800мм в первичные радиальные отстойники ПРО-1,2 диаметром 28м и объемом 1970 м3 каждый.
Первичные радиальные отстойники предназначены для осаждения шлама и взвешенных веществ из стоков. Шлам в отстойниках собирается шоковым механизмом к центру отстойника, откуда насосами Н-22, 23, установленными в здании станции нейтрализации, откачивается в шламонакопитель.
Осветленные стоки из ПРО-1,2 по железобетонному лотку 600х800мм
поступают через камеру гашения (КГ) в смеситель С-2.
Смесители С-2 и С-3 работают параллельно и принимают:
д) усредненные стоки с буферных прудов насосами Н-1,3,4,5 , расположенными в насосной нефтесодержащих стоков, подаются в смесители С-2, С-3 по двум трубопроводам Ду-700мм. и Ду-500мм, Расход стоков в смесители С-2, С-3 регистрируется приборами FIR 56.1, FIR 56.2, PIR 2000 и FIR 3000 соответственно.
е) хозяйственно-фекальные стоки в количестве 100 м3/час. Расход приравнивается количеству потребленной хозяйственной питьевой воды.
10% раствор суперфосфата готовится в здании биогенных добавок и самотеком подается в смесители С-2, С-3. Смешивание раствора производится воздухом, подаваемым от воздуходувной станции.
3. Аэротенки I ступени
Аэротенк - сооружение для биохимического окисления загрязнений сточных вод при помощи микроорганизмов активного ила и кислорода воздуха, подаваемого в аэротенки.
На I ступени установлены 2 аэротенка-смесителя. Аэротенки-смесители характеризуются равномерной подачей по длине сооружения исходной сточной воды и активного ила и равномерным отводом иловой смеси. Полное смешение в них сточных вод с иловой смесью обеспечивает выравнивание концентраций ила и скоростей процесса биохимического окисления, поэтому аэротенки-смесители более приспособлены для очистки концентрированных производственных сточных вод (БПКполн. до 1000 мг/л) при резких колебаниях их расхода, состава и количества загрязнений.
Аэротенк представляет собой комплекс железобетонных резервуаров, неленных по длине перегородками на три части:
Каждая часть аэротенка разделена в свою очередь по ширине перегородками, образуя секцию. Регенератор и коридорный аэротенк состоят из 5 секций на аэротенке №2 (на аэротенке №1 6 секций), аэротенк-смеситель из 4 секций.
Для распределения сжатого воздуха по объему аэротенков I ступени смонтирована аэрационная система из полиэтиленовых труб переменного сечения, во впадинах которых просверлены отверстия. Наружная поверхность полиэтиленовых труб покрыта специальным диспергирующим (измельчающим) слоем из полиэтилена высокого давления. Полиэтиленовые трубы одновременно выполняют роль магистрального воздуховода и аэратора. Аэраторы уложены по дну аэротенка по 3 нитки в каждой секции.
Воздух, подаваемый в аэротенки, используется:
- для поддержания ила во взвешенном состоянии и его перемешивания;
- для отдувки газообразных продуктов окисления;
- для биохимического окисления углеродосодержащих загрязнений;
- для биохимического окисления азотосодержащих загрязнений.
Воздух к аэротенку №1 1-ой ступени подводится по трубопроводу Ду-1400 мм. Удельный расход воздуха, подаваемого в аэротенк №1 1-ой ступени регулируется по результатам лабораторного анализа в зависимости от содержания кислорода и в среднем составляет 10м3 /м3 стоков.
Воздух к аэротенку №2 1-ой ступени подводится по трубопроводу Ду-0мм. Удельный расход воздуха, подаваемого в аэротенк №2 1-ой ступени регулируется по результатам лабораторного анализа в зависимости удержания кислорода и в среднем составляет 10м /м3 стоков.
Основную роль в очистке стоков играют аэробные микроорганизмы активного ила. Активный ил представляет собой смесь воды и хлопьев ила. По внешнему виду активный ил напоминает мелкие хлопья гидрата окиси железа или алюминия с цветом от бело-коричневого до темно-коричневого и даже черного. Хлопья состоят из большого числа многослойно расположенных бактериальных клеток, заключенных в слизь.
С физико-химической точки зрения активный ил представляет собой аморфный коллоид, имеющий в интервале значений рН=4-9 отрицательный заряд. Активный ил обладает значительной адсорбционной поверхностью, величина которой достигает 100м2 на 1 кг сухого вещества. Между хлопьями активного ила располагаются другие обитатели ила, так называемые индикаторные формы (инфузории, коловратки, черви и др.) При подаче сжатого воздуха через аэраторы образуются мелкие пузырьки воздуха, из которых кислород переходит в иловую смесь, и перемешиваясь, равномерно распределяется в ней. Затем растворенный кислород и органические загрязнения адсорбируются активным илом и под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами, и кислорода происходит окисление сложных органических соединений до простых веществ: воды, углекислого газа, нитрат-сульфат-ионов и т.д.
IV основные фазы процeccа биохимической очистки стоков:
I - лаг-фаза (фаза приспособления): взвешенные и коллоидные вещества адсорбируются активным илом. Окислительные процессы начинаются в очень слабой степени. Начинается прирост биомассы с увеличивающейся скоростью (начало смесителя аэротенка).
II - экспоненциальная фаза: период самого быстрого развития микроорганизмов. Все питательные вещества присутствуют в избытке и развитие не тормозится продуктами обмена веществ. Преобладают процессы окисления загрязнений (конец смесителя аэротенка).
III - стационарная фаза: в замкнутой системе питательные вещества со временем исчерпываются и недостаток их становится лимитирующим фактором роста клеток ила, происходит накопление продуктов обмена, тормозящих рост клеток. Процессы окисления заканчиваются. Преобладают процессы нитрификации аммонийных солей до солей азотистой кислоты -нитратов, далее до солей азотной кислоты - нитратов (коридор аэротенка).
IV - фаза интенсивного отмирания клеток: начинается медленный, а затем все более быстрый распад клеток. Начинается регенерация активного ила (конец коридора аэротенка, вторичный отстойник, начало фактора). В процессе жизнедеятельности микроорганизмов активного ила происходит увеличение его количества (прирост активного ила).
4. Качественные характеристики и параметры, влияющие на биологическую очистку стоков
4.1 Доза ила (сухой вес ила)
По концентрации загрязнений (БПКисх.), поступающих на логическую очистку, аэротенки I и II ступени относятся к низкозагружаемым аэротенкам с продленной аэрацией.
Оптимальная доза ила для таких аэротенков составляет 2-4 г/л для I ступени и 0,5-1,5 г/л для II ступени.
Активный ил представляет собой среду обитания многих микроорганизмов, образующих сложный биоценоз. Основную роль по биохимическому разложению органических веществ на простые вещества СО2, N2, вода и т.д) выполняют различные бактерии, которые являются основными представителями биоценоза активного ила.
Кроме бактерий в биоценозе активного ила участвуют "простейшие" микроорганизмы, которые в свою очередь "поедают" и перерабатывают бактерии. Отдельные классы "простейших" являются индикаторными (показательными), количественное соотношение которых характеризует качество активного ила и весь процесс биохимической очистки.
К таким индикаторным формам из многочисленных "простейших" относятся 4 вида "простейших" и микроскопических животных (коловратки):
2 вид - бесцветные жгутиковые;
3 вид - инфузории;
4 вид - коловратки.
Степень развития индикаторных организмов при различной работе очистных сооружений
Читайте также:
