Аэробная очистка сточных вод

Аэробная очистка сточных вод в искусственных условиях

Этот вид биологической очистки осуществляется с помощью активного ила. В его состав входят бактерии (окисляющие, нитрифицирующие, денитрифицирующие), простейшие (инфузории, жгутиковые, саркодовые) и микроскопические животные (коловратки).

Процесс биологического окисления можно разделить на две фазы: сорбцию органических загрязнений сточных вод на поверхности активного ила; окисление сорбированного вещества, сопровождающееся восстановлением сорбционной способности микрофлоры.

В зависимости от глубины окисления примесей в сточных водах различают полную н неполную биологическую очистку. Полностью очищенная вода имеет БПКполн. = 10-15 мг О2/л. Для сточной воды, прошедшей неполную очистку, БПКполн. = 60-80 мг О2/л. [1]

На процесс биологической активности влияют состав сточных вод по загрязнениям, наличие биогенных элементов, величина нагрузки на активный ил по загрязнениям, pH сточных вод, их температура, концентрация растворенного кислорода в сточной воде. Состав сточных вод является одним нз основных факторов, влияющим на эффективность биологической очистки. Присутствие в сточных водах токсических веществ затрудняет работу активного ила. Токсичным действием на биологические процессы могут обладать как органические, так и неорганические вещества. Токсическое действие может быть микробостатическим (задерживающим рост развитие ила) и микробоцидным (убивающим активный ил). Большинство химических веществ проявляет то или иное действие в зависимости от их концентрации в очищаемой воде. Следует отметить, что и некоторые элементы, являющиеся органогенами клетки, при высоких концентрациях становятся также токсичными. Поэтому при проведении биологической очистки необходимо знать ПДКбос для индивидуальных химических веществ, присутствующих в сточных водах. За величину ПДКбос принимают максимальную концентрацию токсичного вещества находящегося в воде и не оказывающего заметного отрицательного действия на работу биологических очистных сооружений (ПДКбос)

Биогенные элементы. Для нормального существования микроорганизмов, а следовательно, и для эффективного процесса очистки воды, в среде должна быть достаточно высокая концентрация всех основных элементов питания органического углерода, количество которого оценивается величиной БПК, сточной воды, фосфора и азота.

Кроме этих элементов для функционирования микроорганизмов необходимы в незначительном количестве и другие элементы: Мn, Сu, Хn, Mo, Se, Mg, Со, Са, Na, К, Fe и др.

Содержание этих элементов в природных водах, из которых образуются сточные воды, достаточно, чтобы полностью удовлетворить требования бактериального обмена.

Азота и фосфора в промышленных стоках, как правило, не хватает, и их добавляют искусственно в виде суперфосфата, ортофосфорной кислоты, аммофоса, сульфата, нитрата или хлорида аммония, мочевины и т.п.

Достаточность элементов питания для бактерий в сточных водах определяется отношением БПК: N:Р. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов: N:Р = 100:5:1. Для бытовых стоков это соотношение составляет 100:20:2,5. в связи с чем, рекомендуют совместную очистку бытовых и промышленных стоков.

Нагрузка на активный ил по загрязнению. Ее рассчитывают на 1 м 3 очистного сооружения или чаще на 1 г сухой биомассы. Часто оперируют значениями нагрузки по БПК, однако в ряде случаев подсчитывают и величину нагрузки по индивидуальному загрязняющему веществу.

По степени загруженности на активный ил по загрязнениям аэрационные системы разделяют на высоконагружаемые, классические и низконагружаемые. В высоконагружаемых системах (с нагрузкой более 400 мг БПКполн на 1 г беззольного вещества ила в сутки) в сравнении с остальными системами прирост ила наибольший, степень очистки наименьшая, ил содержит незначительное число простейших.

Классические системы (с нагрузкой от 150 до 400 мг БПКполн на 1 г беззольного вещества ила в сутки) обеспечивают очень высокую степень очистки БПК, иногда частичную нитрификацию. Они имеют хорошо флокируемый ил, населенный большим количеством микроорганизмов разных групп. Прирост ила в таких системах меньше максимального в связи с достаточно глубоко проходящими процессами эндогенного окисления. Низконагружаемые системы (с нагрузкой ниже 150 мг БПКполн 1 г беззольного вещества ила в сутки) имеют степень очистки по БПК колеблющуюся, но чаще высокую. В этих системах глубоко развит процесс нитрификации, прирост ила минимален, микробиологическое население ила весьма разнообразно.

PH сточных вод. Концентрация водородных ионов (pH) в сточных водах существенно влияет на развитие микроорганизмов. Значительная часть бактерий развивается в среде нейтральной или близкой к нейтральной. Биологическая очистка наиболее эффективна, если pH не выходит за пределы от 5,5 до 5,8. Отклонение от этого интервала влечет за собой снижение скорости окисления вследствие замедления обменных процессов в клетке, нарушение проницаемости ее цитоплазматичной мембране и др. Если значение pH не выходит за пределы допускаемых величин, необходимо корректировать эти параметры в сточных водах, поступающих на биологические очистные сооружения.

Температура сточных вод. Оптимальной температурой для аэробных процессов, происходящих в очистных сооружениях, считаются 20-30 °С, при этом биоценоз при прочих благоприятных условиях представлен наиболее разнообразными микроорганизмами.

Читать  Очистные сооружения флотенк для ливневых стоков

Если температурный режим не соответствует оптимальному, то рост культуры, а также обменные процессы в клетке заметно снижаются.

Наиболее неблагоприятное влияние на развитие культуры оказывает резкое изменение температуры. При аэробной очистке влияние температуры усугубляется вследствие соответственного изменения растворимости кислорода. Очень чувствительны к температуре бактерии нитрофикаторы, их большая активность наблюдается при температуре не ниже 25 °С. В технических расчетах для оценки влияния температуры на скорость процессов используются формулы, приводимые в соответствующих нормативных документах.

Кислородный режим. В аэробных биологических системах подача воздуха должна обеспечивать постоянное наличие в смеси растворимого кислорода (не менее 8 мг/л). Собственно аэробная система может работать при более низком уровне кислорода (до 1 мг/л). При этом не наблюдается снижения скорости утилизации органических веществ и скорости процессов нитрификации. Однако в связи с тем, что при отделении ила от воды во вторичных отстойниках теряется до 1-2 мг/л растворимого кислорода, минимальный уровень растворенного кислорода установлен 2 мг/л. Эта величина позволяет исключить длительное пребывание ила в аэробных условиях. Кроме указанных выше факторов, на биологическую аэробную очистку влияет возраст и качество ила, которое оценивается иловым индексом.

Возрастом ила В, сут, называется продолжительность егопребывания в аэротенках и определяется по формуле:

Аэробная очистка сточных вод,

где Аэробная очистка сточных вод — объем аэротенка, м 3 ;

Аэробная очистка сточных вод — концентрация ила в аэротенках, мг/л;

Аэробная очистка сточных вод — прирост ила, мг/л;

Аэробная очистка сточных вод — объем очищенной за сутки сточной воды, м 3 /сут.

Для удовлетворительной очистки возраст ила не должен превышать 6-7 сут. Показателем качества активного ила является его способность к осаждению, которая оценивается величиной илового индекса. Под иловым индексом понимают объем 1 г ила (по сухому веществу) после 30 мин отстаивания. Аэробная биологическая очистка в искусственных условиях может быть осуществлена в: аэротенках; биофильтрах. [1]

Аэротенки представляют собой железобетонные емкости, снабженные аэрационным устройством. Процесс очистки в аэротенке осуществляется при непрерывной аэрации протекающей через него смеси очищаемой воды и активного ила. Аэрация проводится для обеспечения смеси кислородом и поддержания ила во взвешенном состоянии. Смесь сточных вод и активного ила аэрируется в течение 6 — 12 ч, после чего направляется во вторичные отстойники, где ил осаждается. Активный ил возвращается в аэротенк и смешивается с новыми порциями неочищенной воды. В результате непрерывно проходящего размножения микроорганизмов количество ила постоянно увеличивается. Избыток ила удаляется из аэробной системы, уплотняется в илоуплотнителях и направляется в дальнейшую обработку. В зависимости от гидродинамических условий работы аэротенки делятся на аэротенки — вытеснители, аэротенки — смесители и аэротенки промежуточного типа с рассредоточенным впуском воды; по числу коридоров в аэротенках — на одно — и многокоридорные; по наличию регенератора — с регенератором и без регенератора; по способу подачи воздуха — на аэротенки с пневматической, механической и смешанной аэрацией. Расчет аэротенков включает определение: общего объема аэротенка, м 3 ; продолжительность аэрации, ч; расхода кислорода или воздуха на весь аэротенк, кг/кг; необходимого количества аэраторов; расчет воздуховодов и подбор оборудования; расчет вторичных отстойников. Биологические фильтры представляют собой сооружения, в которых сточные воды очищают фильтрацией через слой крупнозернистой загрузки, поверхность которой покрыта биологической пленкой, образованной аэробными организмами.

Все виды загрузочного материала, применяемого в биофильтрах, можно разделить на объемные и плоскостные. Аэрация биофильтра может быть естественной — воздухом, поступающим с поверхности и снизу через дренаж, и искусственной — введением в слой загрузки. По производительности биофильтры делятся на капельные и высоконагружаемые. При очистке сильно загрязненных стоков с высоким БПК для интенсификации промывки фильтра используют режим работы с рециркуляцией, т.е. возвратом на фильтр части очищенной воды. Расчет биофильтров состоит в определении объема загрузочного материала, размеров элементов систем водораспределительных и дренажных устройств и расчете вторичных отстойников. Для капельных (перколяторных) биофильтров характерна нагрузка по воде не более 0.5 — 1 м 3 на 1 м 3 фильтра, высота фильтра не превышает 2 м. размер фракции рабочего слоя загрузки составляет от 12 до 25 мм. аэрация естественная. Капельные биофильтры целесообразно использовать для очистки стоков в количестве не более 1000 м 3 /сут. Высоконагружаемыми в отечественной практике называются аэрофильтры, работающие с повышенной в несколько раз по сравнению с капельными нагрузкой по воде. Вследствие этого усиливается вынос из биофильтра трудноокисляемых загрязнений и частиц отмирающей пленки и полнее используется кислород на окисление оставшихся загрязнений. Высота аэрофильтров обычно 3-4 м. Еще более высокие фильтры (9 — 18 м) называются башенными. Применение искусственной подачи воздуха усиливает окислительные процессы в высоконагружаемом биофильтре. Схемы аэробной биологической очистки приведены на рисунке 1.1. Выбор схемы очистки проводят согласно таблице 1. В зависимости от конкретных условий наряду с типовыми схемами могут использоваться оригинальные технологические решения, включая дифференцированный подход к очистке отдельных потоков сточных вод предприятия.

Читать  Расчет дренажной системы

Таблица 1 — Рекомендуемые принципиальные схемы биологической очистки сточных вод [1]

Эффект очистки по БПК5. %

Номера применяемых схем по рисунку 1 при БПК5 сточных вод, поступающих на очистку, г/м 3

АЭРОБНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ

В аэробных условиях очищают жидкую фазу сточных вод, эти процессы проводят в аэротенках, биофильтрах различной конструкции, полях орошения и полях фильтрации. Сооружения эти по своему техническому оформлению различны, но все они рассчитаны на использование окислительного аэробного процесса.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ – это сооружения, состоящие их корпуса, загрузки и распределительных устройств для сточной воды и воздуха.

В них сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытой пленкой из микроорганизмов, которая выращивается на фильтрующей загрузке в пусковой период. Основными компонентами биопленки является микробное население. В биоценозы пленки входят водоросли, простейшие, личинки насекомых, жучки, черви грибы и бактерии.

Все микроорганизмы принимают участие в очистке сточных вод. Бактерии минерализуют органические вещества, используя их как источник питания и энергии, простейшие питаются бактериями, водоросли выделяют кислород и фитонциды. Черви прорывают ходы между частицами загрузки. разрыхляют биологическую пленку и тем самым облегчают доступ в нее кислороду. Кроме этого, черви, питаясь органическими веществами переваривают и разлагают ряд стойких соединений – хитин и клетчатку. Таким образом из сточной воды удаляются органические вещества, а масса активной биопленки увеличивается. Отработанная биопленка смывается протекающей сточной жидкостью и выносится из биофильтра.

В качестве загрузки биофильтров используют материалы с высокой пористостью, малой плотностью и большой удельной поверхностью (шлак, щебень, галька).

Полной очистки на биофильтрах не достигается.

АЭРОТЕНКИ – железобетонные резервуары прямоугольной формы, глубиной 3-6 метров.

При работе аэротенка через него медленно протекает подвергшаяся аэрации сточная жидкость, смешанная с активным илом, состоящим из скопления микроорганизмов. Подача воздуха осуществляется воздухонагнетательными машинами. Аэрация способствует большему контакту активного ила с загрязнениями сточной жидкости.

Биологическое окисление в аэротенках протекает в две стадии. Первая – сорбция загрязнений, вторая – непосредственное окисление загрязнений сточной воды.

Биоценоз активного ила развивается в условиях ярко выраженных окислительных аэробных процессов. Кроме одноклеточных бактерий в активном иле развиваются нитчатые бактерии, дрожжи и грибы. Микрофауна представлена простейшими, коловратками, круглыми червями, одноклеточными животными. При нормальной работе аэротенка устанавливается равновесие между всеми представителями микрофлоры и микрофауны. Нарушение этого равновесия свидетельствует об ухудшении работы очистных сооружений, поскольку изменение численного состава микробного населения в активном иле связано с изменением физико-химических свойств очищаемой сточной жидкости. Причинами, нарушающими работу аэротенка. являются: перегрузка очистных сооружений органическими веществами, образование анаэробных зон, недостаток биогенных элементов, резкое изменение температуры или рН, попадание в очищаемую воду токсичных веществ.

В сточной жидкости, очищаемой в аэротенках, происходят следующие изменения:

1. снижение концентрации загрязнений вследствие разбавления жидкостью, транспортирующей активный ил

2. адсорбция загрязнений на активном иле (первая фаза окисления)

3. постепенное уменьшение содержания органических веществ, растворенных в воде и адсорбированных на активном иле (вторая фаза окисления)

Основными минерализаторами органических веществ в аэротенках являются бактерии. Саркодовые, питаясь иловыми частицами, переводят ряд сложных веществ в более простые. Инфузории и другие простейшие выполняют роль регуляторов развития бактерий и тем самым создают благоприятные условия для процесса минерализации.

Перед спуском в водоем очищенных сточных вод их необходимо подвергать обеззараживанию, т.к. аэротенки не могут гарантировать полную очистку от патогенных микроорганизмов.

Аэробные методы биологической очистки могут протекать и в естественных условиях – в биологических прудах, на полях орошения и полях фильтрации.

Аэробная очистка 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, грибами 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.

Читать  Схема очистки сточных вод

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. 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 вод, 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.

Основными сооружениями искусственной аэробной биологической очистки с активным илом являются аэротенки. Аэротенк работает в паре со вторичным отстойником, где происходит разделение очищенной сточной воды на выходе из аэротенка и суспензии активного ила. При этом часть ила удаляется из системы, а часть возвращается в аэротенк для повышения его производительности и сокращения количества избыточного ила. В зависимости от степени загрязненности и объема сточной воды, состава загрязнений и условий очистки применяют различные гидродинамические режимы организации потока воды, ее циркуляции, подачи возвратного активного ила и аэрирования. Рабочие концентрации активного ила в аэротенках составляют 1-5 г/л (по сухому веществу) при времени пребывания сточной воды в системе от нескольких часов до нескольких суток. Для очистки в аэротенке часто необходимо дополнительно подавать биогенные элементы, прежде всего азот и фосфор. При недостатке их эффективность очистки снижается.

К сооружениям биологической очистки с активным илом относятся также окситенк (с аэрацией воздухом, обогащенным кислородом или чистым кислородом), фильтротенк (с разделением активного ила и сточной воды фильтрацией), окислительные каналы (с циркуляцией сточной воды и системами поверхностной аэрации), шахтные аппараты (в виде шахт или колонн для повышения давления воды).

Из систем аэробной очистки с биопленкой чаще всего применяют биофильтры — сооружения с загрузкой, на поверхности которой развивается биопленка микроорганизмов. Простейший биофильтр представляет собой слой фильтрующего материала (загрузки), насыпанный под углом естественного откоса, орошаемый сточной водой. Загрузка может быть изготовлена в виде отдельных съемных блоков из пластмассовых жестких или гибких материалов, из жестких ершей и т.п. В отличие от аэротенков биофильтры работают без вторичных отстойников.

Промежуточное положение между сооружениями с активным илом и с биопленкой занимают биотенки, сочетающие преимущества и аэротенков, и биофильтров. В биотенках с аэрацией жидкости, с активным илом и загрузкой из различных материалов жидкость с илом циркулирует и аэрируется в зазорах между загрузкой. В результате образования биопленки на поверхности загрузки средняя концентрация иловой смеси превышает концентрацию в аэротенках.

В современном биотенке-биоадсорбере сорбция загрязнений на поверхности загрузки, например на основе активных углей, сочетается с биоочисткой. При очистке загрязнения — токсиканты адсорбируются углем, при этом в системе, с одной стороны, уменьшается ингибирующее действие токсичных веществ на биоценоз, а с другой, при низких концентрациях субстратов в сточной воде в слое, граничащем с поверхностью активного угля, повышаются локальные концентрации и ускоряется разложение субстрата. При этом уголь биологически регенерируется. Биоадсорбционную очистку можно применять для удаления органических примесей, а также для удаления тяжелых металлов и радионуклидов из сточных вод.

Еще одной модификацией биотенка является реактор с псевдоожиженной насадкой (с взвешенным слоем), в котором интенсификация очистки возможна благодаря большой удельной поверхности носителя, на котором закрепляются микроорганизмы, и высокой скорости переноса кислорода. Концентрация биомассы в реакторе достигает 40 г/л, производительность же в 5-10 раз выше, чем в аэротенках, процесс более стабилен при перегрузках и менее чувствителен к токсичным загрязнениям сточных вод.

Избыток активного ила и биопленки с сооружений биологической очистки или неочищенные сточные воды можно отводить на иловые площадки (иловые карты), поля орошения и поля фильтрации. Иловые площадки предназначены для складирования и переработки активного ила и биопленки с очистных сооружений.

Источники: http://lektsii.org/6-16181.html, http://studopedia.ru/10_136902_aerobnie-protsessi-ochistki-vodi.html, http://www.studfiles.ru/preview/3535559/page:2/

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here