Очистка сточных вод – биологическая и искусственная

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Искусственная биологическая очистка – сточная вода

Искусственная биологическая очистка сточных вод применяется тогда. Городские сточные воды, очищенные на сооружениях искусственной биологической очистки, используют в сельском хозяйстве. [1]

Существует еще искусственная биологическая очистка сточных вод , при которой применяют биологические фильтры и аэротенки. Биофильтры – сооружения с фильтрующим слоем из шлака, щебня или кокса, в которых более интенсивно, чем на полях орошения и полях фильтрации, происходит процесс биологической очистки сточной жидкости. Аэротенки – резервуары, через которые протекает осветленная сточная жидкость с подмешанным активным илом – хлопьями, содержащими много микроорганизмов – минерализаторов. [2]

Существует еще искусственная биологическая очистка сточных вод , при которой применяют биологические фильтры и аэро-тенки. [3]

Существует еще искусственная биологическая очистка сточных вод , при которой применяют биологические фильтры и аэротенки. [4]

Для искусственной биологической очистки сточных вод применяют биологические фильтры, в которых загрязненные сточные воды окисляют кислородом воздуха при участии микроорганизмов, образующих биологическую пленку на поверхности наполнителя фильтра. Наиболее распространенными являются оросительные биологические фильтры различных типов. При аэрировании сточ-ых вод развивается смесь микроорганизмов, главным образом бактерий и простейших, которую называют активным илом. Очист-жа сточных вод при помощи активного ила происходит вследствие потребления органических загрязнений микроорганизмами активного ила, адсорбции и коагуляции взвешенных и коллоидных веществ, а также окисления органических соединений кислородом воздуха. [5]

При искусственной биологической очистке сточных вод применяют биологические фильтры и аэротенки, в которых более интенсивно, чем на полях орошения и фильтрации, происходит процесс очистки. В аэротенке осветленная вода смешивается с активным илом, содержащим много микроорганизмов – минерализаторов. [6]

Существует еще ( искусственная биологическая очистка сточных вод , при которой применяют биологические фильтры и аэро-тенки. [7]

Вторую группу сооружений искусственной биологической очистки сточных вод представляют биофильтры, в которых основная биомасса закрепляется на неподвижном материале, а сточная вода обтекает его тонким пленочным слоем. Они обеспечивают достаточно эффективный процесс глубокой биоочистки для промышленных стоков с высоким содержанием биоразла-гаемой органики. Биофильтры находят широкое применение при суточных расходах бытовых и производственных сточных вод до 20 – 30 тыс. м3 / сут. [8]

В течение последних лет в США построен ряд сооружений по искусственной биологической очистке сточных вод целлюлозного производства . Очистку осуществляют главным образом в аэротен-ках. Применяют обычные аэротенки с регенераторами и аэротен-ки-смесители; широко используют блокировку различных сооружений. [9]

Выбирая метод очистки городских сточных вод и место расположения очистных сооружений, необходимо выяснить возможность использования сточных вод после их механической очистки в сельском хозяйстве. Искусственная биологическая очистка сточных вод применяется тогда, когда по местным условиям, санитарным требованиям или технико-экономическим соображениям биологическая очистка сточных вод в естественных условиях оказывается нецелесообразной. Городские сточные воды, очищенные на сооружениях искусственной биологической очистки, можно также использовать в сельском хозяйстве. [10]

Выбирая метод очистки городских сточных вод и место расположения очистных сооружений, необходимо выяснить возможность Использования сточных вод после их механической очистки в сельском хозяйстве. Искусственная биологическая очистка сточных вод применяется тогда, когда по местным условиям, са-нитар ны. [11]

Предварительное отстаивание сточной жидкости – обеспечивает выделение из нее 50 – 60 % общего числа бактерий вместе с крупными взвешенными веществами в осадок; таким образом. Путем искусственной биологической очистки сточных вод можно снизить количество бактерий на 90 – 95 %; санитарная опасность при орошении такой водой практически невелика. [12]

Предварительное отстаивание сточной воды обеспечивает выделение из нее 50 – 60 % общего числа бактерий вместе с крупными взвешенными веществами в осадок; таким образом, отстоенная сточная вода в бактериальном отношении менее опасна. Путем искусственной биологической очистки сточных вод можно снизить число бактерий на 90 – 95 %; санитарная опасность при орошении такой водой практически невелика. [13]

Задачи современной микробиологии настолько разнообразны и специфичны, что из нее выделился ряд специализированных самостоятельных разделов: техническая или промышленная микробиология, пищевая микробиология, сельскохозяйственная микробиология, медицинская и ветеринарная микробиология, эпидемиология, санитарная микробиология. В настоящем курсе микробиологии природных и сточных вод будут рассматриваться вопросы входящие в основном в санитарную микробиологию, а именно: микробное население водоемов и его роль в процессе самоочищения воды, микробиологические методы анализа воды, роль микроорганизмов в процессах естественной и искусственной биологической очистки сточных вод , микроорганизмы, вызывающие обрастания в водоемах. Однако при изучении условий, благоприятствующих наиболее интенсивной ( работе микроорганизмов сооружений искусственной биологической очистки, будут затронуты некоторые вопросы, связанные с технической микробиологией. Микробы, осуществляющие очистку сточных вод естественными биологическими методами, подчиняются закономерностям, описываемым сельскохозяйственной, в частйости почвенной, микробиологией. [14]

Задачи современной микробиологии настолько разнообразны и специфичны, что из нее выделился ряд специализированных самостоятельных разделов: техническая или промышленная микробиология, пищевая микробиология, сельскохозяйственная микробиология, медицинская и ветеринарная микробиология, эпидемиология, санитарная микробиология. В настоящем курсе микробиологии природных и сточных вод будут рассматриваться вопросы, входящие в основном в санитарную микробиологию, а именно: микробное население водоемов и его роль в процессе самоочищения воды, микробиологические методы анализа воды, роль микроорганизмов в процессах естественной и искусственной биологической очистки сточных вод , микроорганизмы, вызывающие обрастания в водоемах. Однако при изучении условий, благоприятствующих наиболее интенсивной 1работе микроорганизмов сооружений искусственной биологической очистки, будут затронуты некоторые вопросы, связанные с технической микробиологией. Микробы, осуществляющие очистку сточных вод естественными биологическими методами, подчиняются закономерностям, описываемым сельскохозяйственной, в частности почвенной, микробиологией. [15]

Биологические

Методы биоочистки активно применяются в промышленных и бытовых условиях.

Использование микроорганизмов – обязательный этап улучшения качества сточных вод наряду с механическими, физическими и химическими способами.

Природный процесс, воссозданный в искусственных условиях, помогает справиться со многими загрязнениями без применения дорогостоящих технологий.

Что это такое и каков принцип работы?

После этапа механической фильтрации (удаления нерастворимых частиц) сточные воды попадают на биологическую очистку.

Принцип основан на способности некоторых микроорганизмов расщеплять органические соединения до простых веществ – воды, углекислого газа, метана, сероводорода. Органика является источником энергии для бактерий и простейших.

Сточные воды включают в себя нитраты, аммиак, аминокислоты – они содержат азот, который обеспечивает жизнедеятельность микроорганизмов.

Фосфор и калий добывается бактериями из минеральных солей.

Чем больше в сточных водах этих веществ, тем интенсивнее размножение микроорганизмов и эффективнее очистка.

Методы очистки сточных вод

Специалисты выделяют две большие группы методов биоочистки:

  • Естественные. Для улучшения качества сточных вод используются природные процессы, протекающие в воде, почве, растительных экосистемах. Загрязнения удерживаются, минерализуются, трансформируются или переносятся. Естественные экосистемы используются для доочистки сточных вод перед их спуском в водоемы.
  • Искусственные методы. Для их реализации используются сооружения, созданные человеком. В них помещаются аэробные или анаэробные микроорганизмы и обеспечиваются благоприятные условия для переработки загрязнений.

Эффективность

Биологическая очистка сточной воды в промышленных условиях избавляет от 98% загрязнений.

Чтобы поддерживать процесс, нужно все время вносить активные микроорганизмы.

Биологический метод помогает переработать такие загрязняющие вещества и их соединения:

  • Аммонийный азот;
  • Легкоокисляющиеся органические соединения: бензол, глюкозу, ацетон, этанол и т.д.;
  • Калий;
  • Фосфор;
  • Кальций;
  • Белки, жиры, углеводы.

К сточным водам относятся промышленные и хозяйственно-бытовые стоки, а также атмосферные осадки. Все эти группы обязательно проходят этап биологической очистки на промышленных или локальных сооружениях.

Плюсы и минусы

Преимущества биологической очистки:

  • Малое количество отходов. После переработки образуются вещества (углекислый газ, вода), которые легко утилизируются. Если при очистке выделяется метан, его используют для получения тепловой энергии. Переработанный ил – хорошее удобрение.
  • Системы для биологической очистки работают автономно. Для их обслуживания не нужно вводить реагенты, а с контролем процесса справится 1 человек.
  • Стоимость реализации биотехнологий ниже, чем на другие способы очистки воды.
  • Естественные реакции создают экологически чистый цикл природного использования.

Биологическая очистка сточных вод не лишена недостатков.

Главные минусы метода:

  • Сложность сохранения постоянного количества биомассы бактерий. Если их будет меньше нормы, сточные воды не очистятся полностью.
  • В постройку очистных сооружений нужно вложить много денег. Но со временем затраты окупаются.
  • Технологический режим очистки должен строго соблюдаться. При нарушениях эффективность метода значительно снижается.
  • Не все органические соединения подлежат переработке. Если в сточных водах есть токсические соединения, их нужно удалить, иначе биомасса погибнет.

Механизм процесса

Для улучшения качества сточных вод используется два метода: аэробная и анаэробная биологическая очистка. В первом случае процесс протекает с помощью кислорода, во втором – без него.

Механизм очистки зависит от выбранного метода и биоценоза.

Технологическая схема аэробной чистки

Агентом выступает биопленка или активный ил.

Это совокупность бактерий, грибов, простейших, представителей микрофауны того или иного рода/группы с заданными характеристиками.

Классическая схема аэробной очистки выглядит так:

  1. Сточные воды попадают в анаэробную зону аэротенка-вторичного отстойника. Там они перемешиваются с активным илом.
  2. В установку нагнетается кислород, при необходимости вводятся компоненты, способствующие переработке.
  3. Происходит два биохимических процесса: окисление органического углерода и нитрификация.
  4. Осуществляется один или несколько рециклов: воды снова перемешиваются с активным илом и обогащаются кислородом.
  5. Переработанные стоки отстаиваются – происходит гравитационное разделение иловой смеси.
  6. Избыточный активный ил поступает на переработку, а часть массы возвращается на исходную позицию.
  7. Очищенные воды поступают на доочистку или спускаются в водоем.

Этапы очистки отличаются в разных системах, но суть метода остается той же.

Анаэробной

Этот метод применяется, когда в сточных водах большое количество органических загрязнений, твердых осадков и активного ила. В ходе метаногенеза (так называется процесс анаэробной очистки) загрязнения конвертируются в биогаз, который состоит из метана и углекислого газа.

Технологическая схема классической анаэробной очистки:

    Сточные воды попадают в отсек, где происходит метановое брожение. После взаимодействия анаэробных бактерий с загрязнениями образуется метан, углекислый газ, сероводород. Эти газы утилизируются.

  • Сброженный осадок поступает в следующий отсек, где происходит обезвоживание ила в центрифуге. Затем очищенная вода спускается в водоем.
  • Обезвоженный ил поступает в барабанную сушилку. Выделившуюся воду утилизируют.
  • Сухой ил обеззараживается и становится материалом для компостирования.
  • Помощь микроорганизмов и бактерий

    Аэробные бактерии запускают процессы окисления и нитрификации. Для этого им нужен кислород. Микроорганизмы живут в диапазоне температур – от +9 до +28 градусов, рН – 5,0-7,0.

    • Псевдомонады – занимают 80% активного ила. Перерабатывают спирты, жирные кислоты, ароматические углеводороды, парафины и другие органические вещества.
    • Нитрифицирующие – окисляют соединения азота.
    • Серобактерии и тионовые бактерии – перерабатывают восстановленные соединения серы.
    • Нитчатые – окисляют соединения углерода.
    • Целлюлозоразлагающие – перерабатывают целлюлозное волокно.

    В активном иле также встречаются:

    1. дрожжи,
    2. плесневые грибы,
    3. простейшие,
    4. коловратки,
    5. малощетинковые кольчатые черви.
    Читайте также:  Способы крепления унитаза к полу и канализации

    Анаэробные бактерии не нуждаются в кислороде. Они запускают процессы брожения, аноксигенного окисления и метанообразования.

    Группы анаэробных бактерий:

    • Гидролитики – отвечают за первую стадию метаногенеза. Бактерии расщепляют белки, жиры, соединения целлюлозы, крахмала, обладают аммонифицирующей активностью. В результате образуется глицерин, жирные кислоты, аминокислоты, пептиды, моно- и дисахариды.
    • Ацидогенные – отвечают за вторую стадию метаногенеза. С помощью бактерий происходит маслянокислое, ацетоно-бутиловое, пропионовое, спиртовое брожение. Перерабатываются промежуточные продукты гидролиза.
    • Гетероацетогенные – отвечают за третью стадию метаногенеза. Бактерии переводят органические кислоты (масляную, пропионовую) в уксусную кислоту.
    • Метаногенные – завершают анаэробную очистку. Микроорганизмы образуют биогаз, перерабатывая водород, углекислый и чадный газ, ацетат, метиламин, метанол.

    Состав доминирующей микрофлоры зависит от характеристик стоков.

    Системы

    Для искусственной аэробной очистки чаще всего используют такие сооружения:

    • Аэротенк – резервуар, в котором стоки смешиваются с активным илом. Часто он разделен на несколько камер, где происходят разные этапы биоочистки. Резервуар оснащен аэратором – системой подачи кислорода.
    • Биотенк – разновидность аэротенков, в которой специальная загрузка позволяет увеличить общее количество биомассы.
    • Биофильтр – бассейн с дренажем на днище. Очистка стоков происходит путем минерализации. Биоценоз – пленка аэробных микроорганизмов.
    • Станция биологической очистки – локальное сооружение, которое устанавливается там, где нет возможности провести общесплавную канализацию. Очищенные стоки спускаются в грунт, а отходы используются в качестве удобрения. Станции перерабатывают объем сточных вод от 5 до 1000 куб. м. ЛОС очищают от 98-99% загрязнений.

    Процессы анаэробной очистки зачастую проходят в таких традиционных сооружениях:

    • Анаэробная лагуна – один или несколько отстойников, где стоки находятся от 1 недели до 2 месяцев. Газы выделяются в атмосферу.
    • Септитенк – отстойник закрытого типа, в котором осадок из образовавшихся твердых частиц перегнивает и расщепляется анаэробами.
    • Метантенк – конструкция, внешне похожая на септитенк. Но в резервуаре происходит перемешивание, обогрев и контроль основных параметров.

    Биопрепараты

    Биопрепараты применяют для выполнения таких задач:

    • Разложения органики: жиров, углеводов, белков;
    • Стимуляции работы активного ила;
    • Сокращения объема побочных продуктов в виде осадка;
    • Ускорения процесса переработки;
    • Снижения показателей биохимического потребления кислорода (БПК, ХПК);
    • Наращивания и восстановления активного ила.

    Производители выпускают препараты, где сконцентрировано определенное количество штаммов натуральных бактерий.

    Каждый биопрепарат содержит разные штаммы микроорганизмов, которые подбираются в зависимости от состава сточных вод.

    Популярные биопрепараты:

    НазваниеЦель использованияЦена
    BiofosОчистка бытовых сточных вод43 р./25 мг
    bioExpert BIO STARTERСтимуляция развития активного ила в септике или выгребной яме565 р./400 г
    Unibac (compost, start, winter, effect)Очистка бытовых и промышленных стоков, наращивание активного ила470-750 р./0,5 л.

    Доочистка хозяйственно-бытовых стоков

    В некоторых случаях после биологического этапа воды должны пройти доочистку.

    Это нужно, когда:

    • Их планируют спускать в маломощные водоемы, особенно предназначенные для рыбного хозяйства;
    • Их будут использовать в промышленности или в бытовых целях.

    Несколько месяцев воды отстаиваются в биопрудах, и после удовлетворительного лабораторного анализа поступают в конечный пункт.

    Полезное видео

    Смотрите интересный видеоматериал, в котором подробно рассказано о процессе очистки сточных вод биологическим методом.

    Заключение

    Биологическая очистка сточных вод – метод, основанный на возможностях микроорганизмов, при помощи которых можно перерабатывать органические и некоторые минеральные загрязнения.

    Особенности процесса:

    • Происходит при участии аэробных и анаэробных бактерий;
    • Осуществляется в природных или искусственно созданных условиях;
    • Метод удаляет 98-99% загрязнений;
    • Промышленная очистка стоков проходит в аэро-, био-, метантенках;
    • На любом участке можно установить локальные очистные сооружения;
    • Для запуска и интенсификации процесса используются биопрепараты;
    • Отходы, образующиеся в результате процесса, экологически безопасные;
    • Когда к сточным водам предъявляются повышенные требования по химическому составу, они проходят доочистку.

    Биологическая очистка – обязательный этап улучшения качества сточных вод. Соблюдение технологий делает процесс безопасным, высокоэффективным и даже полезным для окружающей среды.

    Биологическая очистка сточных вод

    Биологические методы очистки сточных вод основываются на естественных процессах жизнедеятельности гетеротрофных микроорганизмов.

    Микроорганизмы обладают целым рядом особых свойств, из которых следует выделить три основных, широко используемых для целей очистки:

    1) способность потреблять в качестве источников питания самые разнообразные органические соединения для получения энергии и обеспечения своего функционирования;

    2) свойство быстро размножаться;

    3) способность образовывать колонии и скопления, которые сравнительно легко можно отделить от очищенной воды после завершения процессов изъятия содержавшихся в ней загрязнений.

    Биологическая очистка сточных вод может осуществляться в естественных и искусственных условиях. В естественных условиях очистка проходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Сущность биологической очистки на полях орошения и полях фильтрации заключается в том, что сточная жидкость фильтруется через почву. В верхнем ее слое задерживаются взвешенные вещества, образующие на поверхности частичек грунта густонаселенную микроорганизмами пленку.

    Это пленка адсорбирует и окисляет органические загрязнения, находящиеся в сточной жидкости. При этом используется кислород, проникающий в поры грунта из воздуха. Поля орошения представляют собой специально спланированные участки земли, предназначенные для очистки сточных вод, с одновременным использованием этих участков для выращивания сельскохозяйственных культур. Если участки земли предназначены только для очистки сточных вод, то они называются полями фильтрации.

    В биологических прудах сточная вода протекает через водоем, куда кислород поступает за счет реаэрации или механической аэрации. Биологические пруды могут быть использованы как самостоятельные сооружения, а также для их доочистки в сочетании с другими сооружениями.

    В искусственных условиях биологическая очистка осуществляется в аэротенках и биофильтрах.

    В аэротенках микробиальная масса находится во взвешенном в жидкости состоянии в виде отдельных хлопьев, представляющих собой зооглейные скопления микроорганизмов, простейших и более высокоорганизованных представителей фауны (коловратки, черви, личинки насекомых), а также водных грибов и дрожжей. Этот биоценоз организмов, развивающихся в аэробных условиях на органических загрязнениях, содержащихся в сточной воде, получил название активного ила.

    Доминирующая роль в нем принадлежит различным группам бактерий − одноклеточным подвижным микроорганизмам с достаточно прочной внешней мембраной, способным не только извлекать из воды растворенные и взвешенные вещества органического и неорганического происхождения, но и самоорганизовываться в колонии – хлопья, сравнительно легко отделимые затем от очищенной воды отстаиванием или флотацией. Размер хлопьев зависит как от вида бактерий, наличия и характера загрязнений, так и от внешних факторов – температуры среды, гидродинамических условий в аэрационном сооружении и пр.

    Наиболее часто аэротенк устраивается в виде прямоугольного резервуара, разделенного продольными перегородками на отдельные коридоры шириной 4-9 м, по которым иловая смесь протекает от входа в аэротенк к выходу из него при постоянном перемешивании и обеспечении кислородом воздухом.

    Классическая схема очистки сточных вод включает аэрационные и отстойные сооружения, оборудование и коммуникации для подачи и распределения сточных вод по аэротенкам, сбора и подачи иловой смеси на илоотделение, отведения очищенной воды, обеспечения возврата в аэротенки циркуляционного активного ила и удаления избыточного ила, подачи и распределения воздуха в аэротенках.

    По способу подачи активного ила, сточной воды и отводу иловой смеси различают: аэротенки-вытеснители, аэротенки-смесители и аэротенки с рассредоточенной подачей сточной воды. Аэротенки-вытеснители отличаются сосредоточенной подачей воды и активного ила и сосредоточенным отводом иловой смеси. Аэротенки-смесители отличаются рассредоточенной подачей воды, ила и рассредоточенным отводом иловой смеси. В аэротенках с рассредоточенной подачей сточной воды подача ила и отвод иловой смеси сосредоточенные.

    Для создания аэробных условий процесса биологической очистки в аэротенках и поддержания ила во взвешенном состоянии аэротенки оборудуются системами аэрации.

    Системы аэрации подразделяются на пневматическую, механическую, смешанную и струйную.

    Пневматическая аэрация может быть: мелкопузырчатой, среднепузырчатой и крупнопузырчатой. Мелкопузырчатые аэраторы могут быть изготовлены из керамики, ткани, пластмассы, а также форсуночного или ударного типов.

    В качестве среднепузырчатых аэраторов применяются перфорированные трубы, щелевые аэраторы и др. Крупнопузырчатые − трубы с открытым концом, сопла.

    Механические аэраторы классифицируются следующим образом:

    – по принципу действия: импеллерные (кавитационные) и поверхностные;

    – по плоскости расположения оси вращения ротора: с горизонтальной и вертикальной осью вращения;

    – по конструкции ротора: конические, дисковые, цилиндрические, колёсные, турбинные и винтовые.

    Наиболее широкое распространение получили аэраторы поверхностного типа, особенностью которых является незначительное погружение их в сточную воду.

    Биологический фильтр (биофильтр) – сооружение биологической очистки, в котором сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой (биоплёнкой), образованной колониями микроорганизмов. Биофильтр состоит из резервуара круглой или прямоугольной формы в плане; фильтрующей загрузки; водораспределительного устройства, обеспечивающего равномерное орошение сточной водой поверхности загрузки биофильтра; дренажного устройства для удаления очищенной сточной воды; вентиляционного устройства, с помощью которого поступает необходимый для окислительного процесса воздух.

    Микроорганизмы биопленки в процессе ферментативных реакций окисляют органические вещества, получая при этом питание и энергию, необходимые для своей жизнедеятельности. В результате из сточной воды удаляются органические загрязнения, проходят процессы денитрификации, и увеличивается масса активной биологической плёнки в теле биофильтра.

    Отработавшая и омертвевшая плёнка смывается и выносится из тела биофильтра протекающей сточной водой. Необходимый для биохимического процесса кислород поступает в толщу загрузки путём естественной или искусственной вентиляции фильтра.

    В технологических схемах очистки после аэротенков и биофильтров предусматриваются вторичные отстойники, которые служат для разделения иловых смесей и выделения отмершей биопленки из биологически очищенной воды.

    Вторичные отстойники бывают: вертикальными, горизонтальными и радиальными. Для очистных станций небольшой пропускной способности (до 20 000 ) применяются вертикальные вторичные отстойники, для очистных станций средней и большой пропускной способности (более 20 000 ) – горизонтальные и радиальные.

    Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

    Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома – страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 9212 – | 7420 – или читать все.

    Обзор систем биологической очистки сточных вод

    В связи с широким потреблением водных ресурсов человечеством и невозможностью самостоятельного и быстрого очищения стоков в природных условиях возникла необходимость в искусственном очищении. И если избавиться от неорганических компонентов стоков можно с помощью гравитации, то для удаления органических примесей потребуется биологическая очистка сточных вод. О том, что это такое, и какие виды биологической очистки бывают, сегодня и пойдет речь.

    Что нужно знать

    Что это такое?

    Биологическая очистка стоков представляет собой очищение сточных масс за счет расщепления органических соединений колониями определенных микроорганизмов.

    Все дело в том, что органические примеси, находящиеся в сточных водах, являются питательной средой для большого количества микроорганизмов, в процессе жизнедеятельности которых разрушаются сложные органические соединения до аминокислот, элементарных белков и обрывков цепочек ДНК. В итоге образовавшийся материал стимулирует усиленное размножение микроорганизмов, вызывая, таким образом, взрывообразное увеличение численности колонии.

    Читайте также:  Как соединить чугунную трубу с пластиковой трубой

    Отмершие части колоний микроорганизмов вместе с непереработанной органикой выпадают на дно водоема или резервуара безвредным илом. Одновременно с этим происходит очистка стоков от ядовитых и сложных органических соединений.

    Биологические методы очистки сточных вод: сооружения и системы

    Аэробная биологическая очистка

    Для реализации метода аэробной биологической очистки используются колонии микроорганизмов, которым для поддержания жизнедеятельности необходим доступ к кислороду.

    Аэробный реактор (аэратотенк) представляет собой бетонную или металлическую емкость большого объема, на небольшом расстоянии от дна которого располагаются загрузки (в виде сита или «елочек») из полимерных материалов.

    Внимание: Загрузки являются основой для аэробных микроорганизмов.

    На дне аэробного реактора располагаются аэраторы — трубы, снабженные небольшими отверстиями. Проходящий по ним воздух насыщает канализационные стоки кислородом, создавая оптимальные условия для жизнедеятельности и увеличения колонии микроорганизмов.

    Миниатюрные образцы аэротенков получили широкое распространение при создании септиков для загородных домов и дачных участков.

    Анаэробная

    Биореакторы анаэробного типа (метатенки) представляют собой герметичные металлические или бетонные конструкции, в которых обитают колонии микроорганизмов, не нуждающиеся в кислороде.

    Однако жизнедеятельность анаэробных бактерий сопровождается выбросом большого количества метана. В связи с этим метатенки можно устанавливать только на ровной, хорошо продуваемой площади, по периметру которой должны быть установлены газоанализаторы, подключенные к системе пожарной сигнализации.

    Как и аэротенки, метатенки широко используются при создании локальных очистных сооружений для частного использования.

    Станция биологической очистки сточных вод

    В подавляющем большинстве случаев станция биологической очистки стоков представляет собой четырехкамерную конструкцию, ориентированную по поэтапное очищение канализационных вод с помощью активного ила и кислорода. При прохождении всех секций стоки очищаются на 98 процентов, вследствие чего полученная жидкость может быть повторно использована для полива или иных технических нужд.

    Несмотря на внушительное количество отсеков, станция отличается компактными размерами и простотой установки. Несмотря на то, что устройство не нуждается в дальнейшей откачке стоков, регулярное техническое обслуживание все же необходимо. Иными словами, необходимо систематически промывать секции при помощи мойки высокого давления и перезапускать агрегат.

    На данный момент существует множество компаний, предлагающих приобрести станции биологической очистки стоков. Важно понимать, что подбирать модель необходимо в соответствии с производственной мощностью, предполагаемыми условиями работы и собственными финансовыми возможностями.

    Мембранный биореактор

    Технология работы мембранного биореактора заключается в комбинировании различных мембранных и биохимических процессов.

    Иными словами, мембранный биореактор сочетает в себе процессы микро- и ультрафильтрации и процесс аэробного биологического очищения сточных вод.

    Мембраны выполняют роль своеобразного барьера для загрязнений с высокой селективностью, вследствие этого могут быть:

    • трубчатыми;
    • половолоконными;
    • плоскорамными.

    В зависимости от поставленных технологических задач мембранный реактор может быть использован как на этапе завершающего очищения (до стадии обеззараживания), так и для предварительного очищения перед процессом нанофильтрации и обратным осмосом при необходимости обессоливания воды.

    Биофильтры

    Наиболее часто биофильтры используются для обслуживания автономных канализаций дачи или частного дома.

    Биофильтр представляет собой компактную емкость с загрузочным материалом внутри. При этом аэробные микроорганизмы находятся в форме активной пленки и выполняют функцию биологической очистки стоков.

    Биофильтры делятся на два типа:

    • изделия с капельной фильтрацией;
    • устройства с двухэтапной фильтрацией.

    В первом случае устройства отличаются высоким качеством очистки, однако производительность остается невысокой. В то же время для изделий с двухступенчатой фильтрацией характерно как высокое качество очистки, так и высокая производительность.

    Как правило, биофильтры состоят из:

    • корпуса фильтрующего устройства;
    • изделия для распределения стоков по поверхности фильтра;
    • дренажной системы для отвода воды;
    • воздухораспределительной системы для обеспечения подачи кислорода.

    Устройства с фильтром капельного типа отличаются лишь порционным поступлением стоков. При этом вентиляция и подача кислорода обеспечиваются естественным путем за счет имеющихся в конструкции открытых пространств.

    Биологические пруды

    В случае с биологическими прудами процессы самоочищения сточных вод осуществляются в открытых искусственных водоемах. Такой способ намного выгоднее других методов очистки. Для обеспечения поступления достаточного количества кислорода глубина искусственного водоема не должна превышать один метр.

    Из-за большой площади водоема вода хорошо прогревается, что благоприятно сказывается на жизнедеятельности обитающих там микроорганизмов. Наиболее эффективно процессы очищения протекают в теплое время года, а при снижении температуры до шести градусов тепла окислительные процессы замедляются.

    Важно: При минусовых температурах бактерии впадают в спячку, поэтому в холодное время года биологические пруды не используются.

    Условно биологические пруды можно разделить на три категории:

    • водоемы с разбавлением (сточные воды перемешиваются с речной водой);
    • многоступенчатые водоемы без разбавления (стоки попадают в пруд только после предварительного отстаивания, нередко используется каскадный метод расположения водоемов);
    • водоемы для доочистки стоков.

    В то время как в первом случае процесс очищения занимает около 14 дней, на очистку стоков в многоступенчатых водоемах уйдет почти месяц.

    Схема

    Так как биологический реактор является лишь одной из ступеней в сложной системе очищения стоков, схема биологической очистки выглядит следующим образом:

    • канализационные воды поступают в первичную камеру (отстойник), где наиболее крупные включения выпадают в осадок;
    • затем частично осветленные стоки переливаются во вторую камеру, где насыщаются кислородом и подвергаются расщеплению крупных органических включений колониями микроорганизмов;
    • насыщенные кислородом сточные воды попадают в камеру биореактора, где происходит процесс разложения органической составляющей; последняя камеры служит для завершающей гравитационной очистки.

    Внимание: Как правило, на дне имеется известковая засыпка, эффективно соединяющая химически активные элементы. При этом на выходе из сооружения может располагаться дополнительный биологический фильтра, увеличивающий степень очищения до 99 процентов.

    Отзывы: преимущества и недостатки

    Как показывает практика, основными преимуществами биологической очистки стоков являются:

    • невысокая стоимость (стоимость очистки одной единицы стоков существенно ниже очищения стоков механическим или химическим методом);
    • надежность;
    • отсутствие необходимости в регулярном закупе расходных материалов (теоретически микроорганизмы не нуждаются в замене, так как являются самовоспроизводимыми живыми существами, но на практике заменять колонии надо, но не чаще одного раза в пять-шесть лет);
    • экологичность;
    • высокая степень очищения сточных вод (до 99 процентов).

    Доочистка

    После биологического очищения сточные воды могут быть направлены сразу в грунт или повторно использованы для полива растений. В некоторых случаях допускается выпуск очищенных стоков в водоемы, однако в большинстве случаев содержащиеся в сточных водах, очищенных биологическим методом, остаточные органические соединения, биогенные элементы, ПАВ и бактериальные загрязнения оказывают негативное влияние на водоемы. В связи с этим производственным сточным водам требуется доочистка, предусматривающая:

    • уменьшение объема взвешенных веществ;
    • снижения величин ХПК, БПК и содержания ПАВ, азота и фосфора;
    • обеззараживание;
    • насыщение стоков кислородом при их спуске в водоемы рыбохозяйственного назначения.

    Выбор устройства доочистки зависит как от местных условий, так и от требований качества очищенных стоков. В каждой конкретной ситуации потребуется частичная реконструкция сооружения глубокой очистки.

    Таким образом, использование метода биологического очищения сточных вод не только выгодно, но и наиболее эффективно по сравнению с рядом других способов очистки.

    Сущность и методы биологической очистки сточных вод в искусственных условиях

    Биологическая очистка сточных вод в искусственных условиях имеет уже многолетнюю историю. Первые очистные сооружения были построены в Англии: биофильтр в 1893 году и аэротенк – в 1914 году. В отечественной науке и технике ведущая роль в популяризации идей биологической очистки глубоком изучении процессов окисления, создании первых методов расчёта сооружений и разработке принципиально новых конструкций принадлежит С.Н. Строганову, К.Н. Королькову и Н.А. Базякиной.

    Всю совокупность сооружений биологической очистки целесообразно делить на три группы по признаку расположения в них активной биомассы. В сооружениях первой группы активная биомасса закреплена на неподвижном материале, а сточная вода тонким слоем скользит по материалу загрузки. В сооружениях второй группы активная биомасса находится в воде в свободном (взвешенном) состоянии. В сооружениях третьей, промежуточной группы сочетаются оба варианта расположения биомассы.

    Первую группу сооружений составляют биофильтры; вторую – аэротенки, циркуляционные окислительные каналы, окситенки; третью – погружные биофильтры, биотенки, аэротенки с заполнителями.

    Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать растворённые и коллоидные органические загрязнения в качестве источника питания в процессах своей жизнедеятельности. Биологическая очистка сточных вод может осуществляться как в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды), так и в специальных сооружениях (аэротенки, биофильтры). Искусственное культивирование микроорганизмов в специально созданных для них благоприятных внешних условиях (состав питательной среды, избыток растворённого кислорода, температура) резко ускоряет биологическую очистку сточных вод, хотя и требует дополнительных затрат.

    Биологическим путём обрабатываются, подвергаясь частичной или полной деструкции, многие виды органических загрязнений городских и производственных сточных вод. Однако в сточных водах иногда присутствуют и такие вещества, которые при этом практически не окисляются: некоторые углеводороды, сложные эфиры, синтетические поверхностно-активные вещества, красители и другие.

    Органические загрязнения сточных вод обычно находятся в растворённом, коллоидном и нерастворённом состояниях. Микроорганизмы могут использовать питательные вещества лишь в виде молекул – мономеров, находящихся в водном растворе. Первый этап – сорбционное изъятие активным илом или биоплёнкой загрязнений из сточных вод – происходит быстрее процесса их биохимического окисления. Второй этап очистки – внеклеточная переработка бактериями загрязнений с помощью выделяемых ими в больших количествах пищеварительных ферментов или экзоферментов. Пищеварительные, главным образом, гидролитические, ферменты контактируют с крупными частицами веществ и осуществляют гидролитическое расщепление сложных молекул органических веществ до более простых, небольших по размеру молекул, которые затем проходят через оболочку клетки и поступают в её протопласт. Третий этап очистки – внутриклеточная переработка (ассимиляция) органических веществ и получение необходимой энергии с помощью внутренних пищеварительных ферментов с образованием диоксида углерода, воды и окислительных форм азота.

    Процесс биологического окисления состоит из множества ступеней и начинается с расщепления органического вещества с выделением активного водорода. Такой вид окисления называется непрямым или дегидрированием. Сущность биологической очистки заключается в том, что действие ферментов снижает энергию активации или свободную энергию, необходимую для разрыва углеродной связи органического соединения. Это становится возможным потому, что катализатор-фермент способствует образованию промежуточных продуктов, требующих меньшей энергии активации. Изменяющийся состав сточных вод требует времени и определённых условий на индицирование ферментов, поэтому в очищенной воде после аэротенков или биофильтров обычно присутствуют остаточные органические загрязнения.

    Основная роль в процессах очистки сточных вод принадлежит бактериям. В зависимости от условий существования ила в нём развиваются от одного до нескольких родов бактерий, идентификация которых представляет собой сложную задачу. Наличие в иле большого количества зооглей с древовидно-разветвлёнными тяжами сопровождается плохим уплотнением активного ила (вспуханием), что вызывает большие трудности при эксплуатации очистных сооружений и значительное повышение концентрации взвешенных веществ в очищенной жидкости.

    Читайте также:  Ливневая канализация, ливневка своими руками, таблица Лукиных

    Существует несколько типов взаимоотношений между микроорганизмами: подавление, конкуренция за пищу, хищничество, паразитизм и симбиоз. Все они в отдельности и в комбинации наблюдаются в активном иле. Взаимоотношения между простейшими и бактериями строятся по схеме ” хищник – жертва “, но ведущая роль в очистке сточных вод принадлежит бактериям. Пожирая бактерий, простейшие тем самым способствуют омоложению биопопуляции, поддерживают экологическое равновесие в системе.

    Рассматривая возможность очистки промышленных сточных вод различными методами, необходимо подчеркнуть наиболее эффективными и надёжными с точки зрения санитарной охраны водоёмов рекомендуются биологические методы. Известны два метода биологической очистки сточных вод: аэробный и анаэробный.

    Аэробный метод осуществляется бактериями при наличии в воде кислорода и является основным способом биологической очистки, применяемым в промышленности. Система аэрации – важнейший элемент любого аэротенка. Эта система состоит из комплекса сооружений и специального оборудования, обеспечивающего снабжение жидкости кислородом, поддержание ила во взвешенном состоянии и постоянное перемешивание воды с илом.

    Анаэробный метод осуществляется бактериями, не требующими кислорода, и заключается в сбраживании загрязняющих воду органических веществ в закрытых аппаратах без доступа воздуха – метантенках. Применение этого метода ограничено: его можно использовать для предварительной подготовки стоков, что позволяет снизить концентрацию органических загрязнений в 10-20 раз и проводить дальнейшую очистку уже аэробным способом; из-за сложности такого двухступенчатого процесса его редко применяют в промышленности. Анаэробный способ можно применять для сбраживания сильно обводнённых органических осадков.

    Аэробные методы очистки осуществляют в аэротенках, окситенках биологических фильтрах и биологических прудах.

    Аэротенки представляют собой открытые резервуары, через которые медленно протекают подвергающиеся аэрации сточные воды, смешанные с активным илом. Эффект биологической очистки сточных вод обеспечивается постоянным перемешиванием смеси сточных вод с активным илом и непрерывной её аэрацией на всём протяжении аэротенка. Подача кислорода в аэротенки может производиться воздухонагнетателями, механическими или струйными аэраторами. Пузырьки воздуха, поднимаясь по фильтросным трубам уложенным на дне резервуара, перемешивают активный ил со сточными водами и не дают хлопьям ила оседать на дно аэротенка. Внешне это выглядит так, как будто вода кипит. Такое перемешивание обеспечивает интенсивный процесс окисления загрязнителей сточных вод. По структуре потоков различают: аэротенки – вытеснители, в которых сточная вода и возвратный ил выпускаются сосредоточенно с одной из торцевых сторон аэротенка и выходят также сосредоточенно с другой торцевой стороны сооружения; аэротенки – смесители, в которых подвод и отвод сточной воды и ила осуществляются равномерно вдоль длинных сторон коридора аэротенка, в результате чего происходит быстрое смешение поступающей сточной воды, находящейся в аэротенке.

    Биофильтры – очистное сооружение, заполненное загрузочным материалом, через который фильтруется сточная вода и на поверхности которого развивается биологическая плёнка, состоящая преимущественно из прикреплённых форм аэробных микроорганизмов. Очистка сточных вод осуществляется вследствие жизнедеятельности указанных микроорганизмов.

    Водораспределительное устройство обеспечивает равномерное с небольшими интервалами орошение фильтрующей массы. Нарушение этого условия приводит к тому, что часть фильтрующей массы получает избыточную нагрузку и не даёт нужной степени очистки, а часть, куда вода не попадает – не работает, биоплёнка в ней отмирает и работа фильтра расстраивается. На процесс очистки в биофильтрах оказывает влияние температура внешней среды. Вследствие того, что биохимические процессы идут с выделением тепла, биофильтры сами себя обогревают, и крупные установки, защищённые от потери тепла, работают при небольших морозах, однако при температуре внутри фильтра менее 6 С деятельность микроорганизмов прекращается.

    По характеру загрузочного материала различают биологические фильтры с объёмной (зернистой) и плоскостной загрузкой.

    Биофильтры классифицируются по различным признакам. По степени очистки – на биофильтры, работающие на полную и неполную очистку. По способу подачи воздуха – на биофильтры с естественной вентиляцией и искусственной подачей воздуха (аэрофильтры). По количеству ступеней очистки – на биофильтры одноступенчатые и двухступенчатые. Двухступечатые биофильтры применяются при необходимости более высокой степени очистки и при отсутствии возможности увеличить высоту слоя загрузки в объёме одноступенчатого биофильтра.

    Окситенки – сооружения биологической очистки, в которых вместо воздуха используется технический кислород или же воздух, обогащённый кислородом.

    Существенным отличием окситенков от аэротенков, работающего на атмосферном воздухе, является возможность повысить в нём концентрацию ила в связи с увеличенным массообменом кислорода между газовой и жидкой фазами. Рекомендуемая концентрация ила в окситенке составляет 6-8 г/л, хотя принципиально сооружение может работать и при более высоких концентрациях. Экспериментально получено, что при прочих равных условиях окислительная мощность окситенков в 5-10 раз выше, чем у аэротенков, эффективность использования кислорода составляет 90-95 %.

    Биологические пруды – искусственно созданные водоёмы, в которых для очистки сточных вод используются естественные процессы. Биологические пруды могут применяться как для очистки, так и для доочистки стоков, прошедших биологическую очистку. Обычно биологические пруды состоят из последовательно расположенных секций (до 5-8 секций), целесообразно также разделение секций на параллельно расположенные отсеки для удобства очистки от ила и грязи. Время пребывания воды в прудах зависит от вида и концентрации загрязнений и колеблется в широких пределах от 3 до 50 суток, оно резко снижается, если вода в прудах подвергается искусственной аэрации.

    На предприятиях нефтеперерабатывающей и химической промышленности биологические пруды используют в основном для доочистки сточных вод, прошедших сооружения биологической очистки: концентрация нефти и нефтепродуктов снижается на столько, что в последних секциях прудов уже можно разводить рыбу.

    Биологические пруды имеют существенные недостатки, ограничивающие их применение: низкая окислительная способность, большая занимаемая площадь, сезонность работы, неуправляемость процесса очистки, наличие застойных, неработающих зон, трудность очистки от ила и грязи.

    Как видно из описания вышеизложенного, методы биохимической очистки эффективны и являются по существу обязательной составной частью системы очистки сточных вод каждого предприятия химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

    Как происходит биологическая очистка сточных вод

    Использование микроорганизмов является широко используемым сегодня методом очистки загрязненной воды. Природный процесс, который воссоздается в искусственных условиях, позволяет избавиться от органических примесей без применения сложных и высокозатратных технологий. Чтобы повысить эффективность технологии, биологическая очистка сточных вод применяется в сочетании с другими методами избавления жидкости от загрязнений.

    В чем заключается метод

    Способ биологической очистки предполагает окисление, расщепление, а затем и уничтожение загрязнений органического происхождения, которые содержатся в стоках, в процессе жизнедеятельности обитающих в природе простейших микроорганизмов.

    Различные способы биологической очистки воды можно разделить на 2 группы в зависимости от микроорганизмов, используемых для удаления органических примесей:

    • аэробные, когда жидкость очищается бактериями, жизнедеятельность которых возможна лишь при наличии кислорода;
    • анаэробные, когда микроорганизмы, используемые в системе очистки, не нуждаются в доступе кислорода.

    Сооружения для очистки и описание процесса в них

    Биологический способ удаления из воды органики используют на городских очистных сооружениях, в промышленности и сельском хозяйстве. В некоторых случаях организовать процесс можно в естественных условиях, в других необходим монтаж специальных систем.

    Сооружения для очистки могут быть:

    1. Естественными, когда для удаления примесей из сточных вод используют природные процессы. Они протекают как в воде, так и в почве. Загрязнения удерживаются, проходят стадию минерализации, затем трансформируются либо удаляются. Такие естественные экосистемы часто используют, чтобы провести доочистку стоков перед их сбросом в водоемы.
    • Искусственные, когда для очистки воды от загрязнений используются созданные человеком сооружения. Внутрь помещаются аэробные либо анаэробные бактерии, и создается благоприятная среда для их работы по переработке загрязнений.

    Поля фильтрации

    Полями фильтрации называют земельные участки, которые предназначены для полной биоочистки сточных вод, прошедших предварительное осветление. Этот метод основан на способности почвы к самоочищению. Максимальной интенсивности процессы окисления органических загрязнений достигают в верхних почвенных слоях (не глубже 0,3 м), где создается благоприятный кислородный режим.

    Поля фильтрации устраивают на песчаных или супесчаных грунтах.

    Фильтром выступает сама почва. Важно, чтобы на участке, где происходит очищение стоков, был низкий уровень грунтовых вод (минимум 1,5 м от поверхности). Если он оказывается выше, создание полей фильтрации требует предварительного обустройства дренажа.

    Анаэробные метантенки

    Такие очистные сооружения обеспечивают анаэробную стабилизацию осадков сточных вод. Помимо очищения жидкости, метантенки дают возможность получать метансодержащий газ. В дальнейшем он может использоваться для отопления помещений или как топливо для газобаллонной техники. Крупные очистные станции оборудуются газгольдерами, которые позволяют накапливать метансодержащий газ.

    Аэротенк

    В этих сооружениях очистка загрязненных вод выполняется при помощи активного ила. Конструкция аэротенка состоит из 2 секций, в нем предусмотрена система аэрации (принудительной подачи кислорода). В активном иле содержится большое количество аэробных бактерий, которые в благоприятных для их жизнедеятельности условиях расщепляют органические примеси, содержащиеся в стоках.

    Процесс биологического очищения будет идти непрерывно, если в аэротенк поступает достаточно воздуха. После того как переработка органики бактериями завершается, в секции, где происходит очистка, падает уровень потребления кислорода. Это становится сигналом, чтобы направить жидкость в следующую секцию.

    Биологические фильтры

    Использование биологических фильтров – практика, распространенная среди владельцев загородной недвижимости. Эти устройства компактны и легко устанавливаются на придомовой территории. Внутрь резервуара биофильтра помещаются микроорганизмы, которые очищают жидкость из канализации аналогично бактериям, живущим в аэротенках. Фильтры для биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод бывают двухступенчатыми либо капельной фильтрации. Первые имеют высокую производительность, вторые гарантируют максимально высокую степень очистки.

    Очистительные лагуны

    Данная технология очистки стоков предполагает наличие открытого искусственного водоема. В нем будет протекать процесс самоочистки воды. В качестве такого водоема может использоваться даже пруд, глубина которого составляет менее 1 м. Большая площадь поверхности дает возможность воде хорошо прогреться, что ускоряет расщепление органики в естественной среде.

    Использование таких биологических очистных сооружений эффективно в теплое время года. Когда температура воды опускается до +6°С, деятельность микроорганизмов приостанавливаются. В зимних условиях эти бактерии не работают.

    Эффективность этого метода очистки стоков объясняется совокупностью факторов:

    • действием солнечной радиации;
    • благоприятными температурными условиями;
    • природной микрофлорой водной экосистемы;
    • постоянной аэрацией.

    Таблица эффективности: способ очистки

    Занимаемая площадьПотребность в доступе воздухаТип удаляемых загрязненийВозможность круглогодичной эксплуатации
    Поля фильтрациибольшаядаорганическиенет
    Анаэробные метантенкибольшаянеторганическиеда
    Аэротенкималаядаорганическиеда
    Биологические фильтрымалаядаорганическиеда
    Очистительные лагуныбольшаядаорганическиенет

    Методы биологической очистки стоков эффективно избавляют жидкость от органических примесей. Некоторые них могут применяться круглый год. Другие, использующие естественные механизмы очистки воды, применимы лишь в теплое время года.

    Следует помнить, что перечисленные выше типы очистных сооружений избавляют воду только от органических загрязнений. Для удаления неорганических примесей следует использовать другие установки фильтрации.

    Ссылка на основную публикацию