Биотехнологические способы очистки водных объектов реферат

Обновлено: 03.07.2024

* 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.

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

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

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

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

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

высокое качество удаление вредных органических соединений.
относительно невысокая стоимость эксплуатации
простота необходимой для этого способа очистки воды оборудования,

биологическая очистка воды имеет и некоторые недостатки:

неукоснительное соблюдение точных правил технологического режима очистки
высокие затраты
воздействие токсического характера, которое способны оказать на микроорганизмы некоторые соединения
необходимость разбавления сточных вод при высокой концентрации примесей.

Процесс биологической очистки.

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

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

Сооружения и аппараты биологической очистки:

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

К сооружениям естественной очистки относятся:

Фильтрующие колодцы и фильтрующие кассеты.
Поля подземной фильтрации.
Поля фильтрации (в этих сооружениях, фильтрующей загрузкой являются естественные грунты, используемые непосредственно на месте (пески, супеси, легкие суглинки)).
Фильтрующие траншеи, песчано-гравийные фильтры. Оросительная и дренажная сеть этих сооружений положена в слое искусственной фильтрующей загрузки из привозного грунта. Их устраивают при наличии водонепроницаемых или слабофильтрующих грунтов.
Фильтрующие кассеты применяемые в слабофильтрующих грунтах (суглинках).
Циркуляционные окислительные каналы (ЦОК).
Биологические пруды с естественной или искусственной аэрацией.

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

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

среднегодовая температура воздуха в районе расположения очистной станции не менее 10 град.С
глубина грунтовых вод не менее 1 м от поверхности земли
наличие свободных площадей вблизи малых объектов.

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

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

Биофильтры с загрузкой из пеностекла или пластмассы.
Биодисковые фильтры.
Биофильтраторы.
Биореакторы с биобарабанами.
Блок биореакторов с затопленной ершовой загрузкой.
Аэрационные установки, работающие по методу полного окисления (продленной аэрации).
Аэрационные установки с аэробной стабилизацией избыточного активного ила.

Биофильтры с загрузкой из пеностекла или пластмассы

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

Пластмассовая загрузка исключает заиливание биофильтров, значительно увеличивает объем поступающего воздуха, что способствует повышению окислительной мощности. Кроме достоинств, биофильтры обладают и рядом недостатков. Так, высокая не равномерность поступления сточных вод от малых объектов крайне отрицательно влияет на работу биофильтров и аэротенков. В биофильтрах происходит подсыхание биопленки и наблюдается не равномерность температурного режима ее работы, создаются условия, способствующие заиливанию загрузки. Во избежание этих явлений в часы минимального притока сточных вод осуществляют рециркуляцию очищенных сточных вод, что приводит к дополнительным энергозатратам на перекачку стоков.

Биодисковые фильтры

Эти сооружения предназначены для расхода сточных вод до 1000 куб.м в сутки. В качестве загрузки для биодисковых фильтров рекомендуются перфорированные диски, изготовленные из объемных синтетических материалов пониженной плотности (пенопласта, пеностекла). Современные биодисковые фильтры представляют собой многосекционную емкость, наполненную вращающейся загрузкой. Диски набирают на горизонтально расположенном валу с расстоянием между ними 15-20 мм. Диски обычно погружены в очищаемую жидкость на 0,45Д (30—45 %), иногда до 0,75Д. Диаметр дисков находится в пределах от 0,4 до 3,0 метров в зависимости от производительности установки. Принцип действия данного сооружения следующий: диски — основной компонент сооружения — находится в постоянном вращательном движении, причем их поверхность перфорации покрывается биопленкой, которая находится в прикрепленном состоянии. Биомодули, создавая обширную поверхность, обеспечивают гидродинамические условия, при которых отторгнутая биопленка продолжает работать, находясь во взвешенном состоянии. Здесь совмещается режим работы прикрепленного биоценоза и взвешенного (активного) ила. За пределами зоны очищаемой воды микроорганизмы, находясь в биопленке, получают кислород непосредственно из атмосферы. При одинаковых категориях обрабатываемых городских сточных вод и заданном эффекте очистки время аэрации в БДФ составляет 60-90 минут, а в классических аэротенках — около 6 часов. Биодисковые фильтры компактны, конструктивно просты, устойчивы к различного рода перегрузкам, имеют низкие удельные энергозатраты. Кроме того, при использовании этих фильтров практически отпадает необходимость насосной станции, так как гидравлические потери сооружений не значительны. Биодисковые фильтры — многосекционные сооружения (3-6 секций). Основная масса удаленных биоразлагаемых загрязнений приходится на первую и вторую секции БДФ. Процесс снижения аммонийного азота и нитрификации успешно протекает в третьей и последующих секциях. Удаление азота достигает 40 %, что выше, чем в классических биофильтрах и аэротенках. Однако в очищенных водах присутствуют азотистые соли (биогенные соединения), поэтому в некоторых случаях требуется доочистка. Из биодисковых фильтров биологическая пленка потока обработанной жидкости выносится во вторичный отстойник. Разделение биопленки осуществляется гравитационным способом. Вторичные отстойники рекомендуется оборудовать тонкослойными модулями.

Биофильтраторы

Компактная установка биофильтратор предназначена для малых расходов сточных вод (от 2 до 600 куб.м в сутки) и обеспечивает полную биологическую очистку от разнообразных загрязнений в широком диапазоне концентраций. Установка имеет низкие капитальные вложения и энергетические затраты. Она проста и экономична в эксплуатации, не требует специального постоянного ухода. Биофильтратор состоит из аэрационной (сорбционной) зоны и зоны осветления. В сорбционной зоне установлены вращающиеся перфорированные диски из пенопласта или подобных материалов. Диски вращаются мотор-редукторм с частотой вращения 10-15 об/мин. За счет градиента давления жидкость и отторгнутая биопленка переливаются через отверстие, устроенное в разделительной перегородке. Укрупненные хлопья активного ила из зоны осветления опускаются вниз и через отверстия подсасываются в аэрационную зону за счет кинематики течения. Таким образом, происходит постоянный обмен биомассы между зонами сорбции и осветления. Очищаемая жидкость поднимается к лотку и отводится за пределы сооружения. Для интенсификации биотехнологии в биофильтре используется струйная аэрация, что позволяет исключить механическую систему привода мотор-редуктор. Такой метод очистки применяется для расходов сточных вод от 0,5 до 1,5 куб.м в сутки и более, с загрузкой от низких до высоких значений концентрации биоразделяемых соединений (БПК). Струйный биофильтр работает следующим образом. Сточные воды, прошедшие механическую очистку, попадают в аэрационную зону, куда также поступает смесь осветленной жидкости и циркуляционного активного ила. Эта смесь из нижней части осветляется забирается по трубопроводу насосом и через струйный аэратор шахтного типа сбрасывается в аэрационную зону биофильтра. Струя потока вводится в межсекционное пространство ниже свободной поверхности на 15-30 см и отражается от специально спланированной поверхности дна. В результате возникают интенсивные воздушные восходящие потоки, которые приводят к движению биоротора. После контакта очищаемой жидкости в аэрационной зоне смесь сточной воды поступает на осветление. Зона осветления разделена на три отсека. В дегазационно-отстойной зоне при низходящем потоке отделяются выносимые из аэрационной зоне пузырьки газа малых размеров. Здесь укрупненные частицы ила осаждаются на дно отстойника и возвращаются в аэрационную систему. Далее смесь поступает во вторую зону отстаивания, где происходит основной процесс разделения твердой и жидкой фаз с образованием взвешенного слоя, углубляющего процесс биофильтрации. Из этой зоны укрупненные хлопья активного ила также поступают в камеру аэрации. В последующем отделении обеспечивается окончательная очистка сточных вод. Вторая зона отстаивания работает в режиме отстойника. Осаждающиеся хлопья активного ила по стенке емкости сползают в зону их забора насосным агрегатом. Осветленные сточные воды через сбросный лоток отводятся на обеззараживание.

Биореакторы с биобарабанами

В качестве биореакторов для очистных сооружений пропускной способностью 50-700 куб.м в сутки сточных вод предложены 5-6-ступенчатые установки с полупогруженными вращающимися биобарабанами. Они представляют собой каскад поддонов (корыт) цилиндрической или близкой к ним конфигурации. Движение очищаемой сточной воды и жидкости из поддона в поддон — самотечное за счет объединения поддонов в сообщающиеся сосуды по средствам системы патрубков, располагаемых в примыкающих друг к другу стенок поддонов. Для равномерного распределения жидкости в первом по ходу движения поддоне расположен приемный карман с затопленным щелевым переливом. Сборный канал для отвода очищенной жидкости устраивается на выходе из последнего поддона установки. В каждый поддон помещается барабан с волокнистой загрузкой, на которой нарастает биопленка. Барабан медленно вращается вследствие легкости конструкции, все барабаны каскада приводятся в движение от одного привода. При вращении барабана осуществляется естественная аэрация биомассы микроорганизмов. В нижней части поддонов устраивают сборно — отводящие каналы или продольные бункеры для сбора и отвода осадка, заканчивающиеся патрубком и задвижкой, которые присоединяются к сборному коллектору, отводящему осадок на обезвоживание. Регенерация ершей осуществляется барботированием через перфорированные трубы, расположенные в нижней части биореактора. Установки работают устойчиво при различных концентрациях органических веществ в сточных водах. Они просты в эксплуатации, что позволяет использовать не квалифицированных работников.

Аэротенки

Для полной биологической очистки сточных вод малых населенных пунктов применяются:

аэрационные установки, работающие по методу полного окисления (аэротенки подлинной аэрации);
аэрационные установки с аэробной стабилизацией избыточного активного ила.

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

В настоящее время перед человечеством остро стоит одна из глобальных проблем – загрязнение водоемов химическими, физическими и биологическими отходами. Во многих водоемах пресная вода стала непригодной для питья из-за человеческой деятельности. От антропогенного фактора страдают как водные обитатели, так и сам человек. Источниками загрязнения зачастую становятся стоки городов и промышленных предприятий, горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая промышленности. Огромное количество воды для охлаждения используют тепловые и атомные электростанции, сбрасываемая вода приводит к тепловому загрязнению водоемов, что нарушает термический, гидрохимический и гидробиологический режимы водных объектов

Совсем недавно человечество озаботилось проблемой водных ресурсов. Существует довольно много способов очистки воды придуманных человеком, но существует и естественный процесс очищения воды.

Глава 1. Что такое биологическое самоочищение природных вод?

Для начала разберемся с самим определением, чтобы далее разобраться в процессах самоочищения, его факторах и участниках.

Самоочищение – это совокупность природных процессов, направленных на восстановление экологического благополучия водного объекта. Как мы знаем, водоем – это сложная система, где обитают живые организмы, включая бактерий, растут различные растения. Там постоянно протекают различные процессы, как в наземно-воздушной среде. Загрязнение водоемов приносит дисбаланс в состояние водной среды, что влечет за собой ответную реакцию от организмов, населяющих ее.

На самоочищение вод влияют химические, биологические и физические факторы. Одним из главных химических факторов самоочищения водоемов можно назвать окисление органических и неорганических веществ , реакции нейтрализации, гидролиза. Например, при самоочищении от ионов Fe, Mg, Al преобладающим процессом является реакция образования гидроксидов этих металлов, результатом которой является выпадение осадка.

Одним из главных физических факторов является обеззараживание воды ультрафиолетовыми солнечными лучами, которые губительно воздействуют на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток, а также споровые организмы и вирусы.

Более подробно я хочу представить вам биологические факторы самоочищения вод. К ним относят водоросли, организмы - фильтраторы и зоопланктон, растения – макрофиты, которые плавают на поверхности воды и задерживают некоторую часть таких веществ как фосфор и азот, бентос, который обеспечивает поглощение вредных химических веществ на придонном уровне. Благодаря биохимическим и физическим процессам, восстанавливаются химические и биологические качества воды.

Часть микробов оседает на дно и там разрушается. Болезнетворные бактерии гибнут под влиянием света, неблагоприятной для них температуры, бактерицидного действия растворенного в воде кислорода. Одноклеточные простейшие, рачки и другие зоопланктонные организмы поедают огромное количество бактерий. Разрушающе действуют на бактерии также бактериофаги и антибиотики биологического происхождения.

Моллюски, пропуская через себя воду, отфильтровывают взвешенные частицы. Мельчайшие животные и растения, а также органические остатки поступают в пищеварительную систему, а несъедобные вещества оседают на слое слизи, покрывающем поверхность мантии двустворчатых. Слизь по мере загрязнения перемещается к концу раковины и выбрасывается в воду. Эти остатки представляют собой пищу для микроорганизмов. Они и завершают цепь биологической очистки вод.

Когда необходимость в самоочищении воды пропадает или снижается, то большая часть микроорганизмов отмирает из-за недостатка пищи, которой являлись загрязнения разного рода.

Скорость самоочищения водоема напрямую зависит от температуры и характера среды. Как правило, биологическое самоочищение зимой протекает гораздо медленнее, чем летом. Оптимальной для протекания всех процессов очищения ученые называют температуру равную 25-30ºС, а среда должна быть нейтральная или слабощелочная.

Биологическое самоочищение вод имеет огромное значение для планеты. Человек, в большинстве случаев, не задумывается о последствиях своих действий, а они зачастую имеют ужасный характер. Процессы самоочищения спасают обитателей водоемов от гибели, а нас от потери такого ценного ресурса как пресная вода. Мельчайшие одноклеточные организмы и растения играют огромную роль для спасения воды от загрязнений.

Но если человечество не начнет активно и повсеместно использовать собственные изобретения для очистки отходов от производств, то даже процессы самоочищения воды не предотвратят ее полное загрязнение.

Вода считается возобновляемым ресурсом, но на его восстановление уйдет не одна тысяча лет. Поэтому нам стоит обратить большую часть своего внимания на внедрение очистительных технологий.

Основными источниками загрязнений нефтью и нефтепродуктами являются добывающие предприятия, системы перекачки и транспортировки, нефтяные терминалы и нефтебазы, хранилища нефтепродуктов, железнодорожный транспорт, речные и морские нефтеналивные танкеры, автозаправочные комплексы и станции. Объемы отходов нефтепродуктов и нефтезагрязнений, скопившиеся на отдельных объектах, составляют десятки и сотни тысяч кубометров. Значительное число хранилищ нефтешламов и отходов, построенных с начала 50-х годов, превратилось из средства предотвращения нефтезагрязнений в постоянно действующий источник таких загрязнений.

Наиболее широко распространенными загрязнителями сточных вод являются нефтепродукты - неидентифицированная группа углеводородов нефти, мазута, керосина, масел и их примесей, которые вследствие их высокой токсичности, принадлежат, по данным ЮНЕСКО, к числу десяти наиболее опасных загрязнителей окружающей среды. Нефтепродукты могут находиться в растворах в эмульгированном, растворенном виде и образовывать на поверхности плавающий слой.

Основные вопросы защиты окружающей среды необходимо решать на основе следующих принципов:

·форма и масштабы человеческой деятельности должны быть соизмеримы с запасами невозобновляемых природных ресурсов;

·неизбежные отходы производства должны попасть в окружающую среду в форме и концентрации, безвредных для жизни. Особенно это относится к водным ресурсам.

Природная вода - не только источник водоснабжения и транспортное средство, но и среда обитания животных и растений. Круговорот воды в природе создает необходимые условия для жизни человечества на Земле.

Происхождение воды на земле связано с происхождением самой Земли. Существует две гипотезы образования воды на Земле. В первом случае это существование готовых молекул воды в газопылевом облаке, из которого произошла Земля и которое наблюдается в кометах и метеоритах сегодня. Во втором случае вода образовалась из водорода и кислорода после конденсации газопылевого облака в планету Земля. Впоследствии при повышении температуры недр Земли и их дегазации, а также в процессе миграции водорода и кислорода из центральной части планеты к периферии и химических реакций образовались молекулы воды.

Происхождение воды, ее первичное образование как растворителя и ее миграция представляют единое целое в изучении природной воды.

Одним из невосполнимых природных ресурсов является нефть, которая в процессе добычи, транспорта, переработки и потребления постоянно соприкасается с окружающей средой и загрязняет ее, особенно воду.

В настоящее время защита окружающей среды от нефтесодержащих сточных вод - одна из главных задач. Мероприятия, направленные на очистку воды от нефти, помогут сберечь определенные количества нефти и сохранить чистым воздушный и водный бассейны. На земном шаре много воды, но чистой пресной воды очень мало. Круговорот воды в природе создает необходимые условия для существования человечества на земле.

Для правильного подхода к решению актуальных задач в области окружающей среды необходимы определенные знания в этой области. Учебные программы, разработанные во многих университетах и институтах можно разбить на две крупные группы:

§решение экологических вопросов в политическом, юридическом, экономическом и других гуманитарных направлениях;

§решение экологических вопросов в техническом аспекте, где решаются общетехнические задачи или частные задачи отдельной или близких отраслей промышленности.

1. Биотехнологическая очистка сточных вод

Сточные воды, прошедшие механическую и физико-химическую очистку, содержат еще достаточно большое количество растворенных и тонкодиспергированных нефтепродуктов, а также других органических загрязнений и не могут быть выпущены в водоем без дальнейшей очистки.

Наиболее универсален для очистки сточных вод от органических загрязнений биологический метод. Он основан на способности микроорганизмов использовать разнообразные вещества, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания в процессе их жизнедеятельности. Задачей биологической очистки является превращение органических загрязнений в безвредные продукты окисления - H2O, CO2, NO3-, SO42- и др. Процесс биохимического разрушения органических загрязнений в очистных сооружениях происходит под воздействием комплекса бактерий и простейших микроорганизмов, развивающихся в данном сооружении.

Для правильного использования микроорганизмов при биологической очистке необходимо знать физиологию микроорганизмов, т.е. физиологию процесса питания, дыхания, роста и их развития.

Всякий живой организм отличается от неживого наличием обмена веществ, в процессе которого происходит усвоение питательных веществ и выделение продуктов жизнедеятельности.

Основными процессами обмена веществ являются питание и дыхание.

Биохимическая очистка производственных сточных вод нефтеперерабатывающих заводов производится в аэрофильтрах (биофильтры), аэротенках и биологических прудах.

Биофильтры представляют собой железобетонные или кирпичные резервуары, заполненные фильтрующим материалом, который укладывается на дырчатое днище и орошается сточными водами. Для загрузки биофильтров применяют шлак, щебень, пластмассу и др. Очистка сточных вод в биофильтрах происходит под воздействием микроорганизмов, заселяющих поверхность загрузки и образующих биологическую пленку. При контакте сточной жидкости с этой пленкой микроорганизмы извлекают из воды органические вещества, в результате чего сточная вода очищается.

Аэротенки представляют собой железобетонные резервуары длиной 30-100 м и более, шириной 3-10 м и глубиной 3-5 м. Очистка сточных вод в аэротенках происходит под воздействием скоплений микроорганизмов (активного ила). Для нормальной их жизнедеятельности в аэротенки подают воздух и питательные вещества.

Преимущества биологического метода очистки - возможность удалять из сточных вод разнообразные органические соединения, в том числе токсичные, простота конструкции аппаратуры, относительно невысокая эксплуатационная стоимость. К недостаткам следует отнести высокие капитальные затраты, необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки, токсичное действие на микроорганизмы некоторых органических соединений и необходимость разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей.

2. Аэробная очистка сточных вод

Биологическая переработка отходов опирается на ряд дисциплин: биохимию, генетику, химию, микробиологию, вычислительную технику. Усилия этих дисциплин концентрируются на трех основных направлениях:

деградация органических и неорганических токсичных отходов;

возобновление ресурсов для возврата в круговорот веществ углерода, азота, фосфора, азота и серы; получение ценных видов органического топлива.

При очистке сточных вод выполняют четыре основные операции:

очистка сточный вода биофильтр

1. При первичной переработке происходит усреднение и осветление сточных вод от механических примесей (усреднители, песколовки, решетки, отстойники).

. На втором этапе происходит разрушение растворенных органических веществ при участии аэробных микроорганизмов. Образующийся ил, состоящий главным образом из микробных клеток, либо удаляется, либо перекачивается в реактор. При технологии, использующей активный ил, часть его возвращается в аэрационный тенк.

. На третьем (необязательном) этапе производится химическое осаждение и разделение азота и фосфора.

. Для переработки ила, образующегося на первом и втором этапах, обычно используется процесс анаэробного разложения. При этом уменьшается объем осадка и количество патогенов, устраняется запах и образуется ценное органическое топливо - метан.

На практике применяются одноступенчатые и многоступенчатые системы очистки. Одноступенчатая схема очистки сточной воды представлена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема очистных сооружений:

- пескоуловители; 2 - первичные отстойники; 3 - аэротенк; 4 - вторичные отстойники; 5 - биологические пруды; 6 - осветление; 7 - реагентная обработка; 8 - метатенк; АИ - активный ил

Сточные воды поступают в усреднитель, где происходит интенсивное перемешивание стоков с различным качественным и количественным составом. Перемешивание осуществляется за счет подачи воздуха. В случае необходимости в усреднитель подаются также биогенные элементы в необходимых количествах и аммиачная вода для создания определенного значения рН. Время пребывания в усреднителе составляет обычно несколько часов. При очистк

Читайте также: