Анаэробные методы очистки сточных вод

Методы аэробной очистки сточных вод

Чтобы сточные воды не загрязняли окружающую среду, перед их сбросом необходимо выполнять процедуру очищения. В 70-х годах были изучены принципы самоочищения загрязнённой среды под действием бактерий. В итоге учёные пришли к выводу, что для самоочищения той или иной системы понадобится время, вода, бактерии и кислород. Эти методы стали использоваться для обеззараживания сточных вод. Как аэробная, так и анаэробная очистка стоков – это основные методы биологической очистки, которые мы подробно рассмотрим в нашей статье.

Особенности процессов биологического очищения

Процессы питания каждого живого существа основаны на расщеплении органических соединений на отдельные составляющие элементы, которые впоследствии используются для «строительства» своего тела. Например, мясо после переработки раскладывается на простейшие аминокислоты и белки, которые нужны для моделирования новых клеток, а углеводы после расщепления высвобождают много энергии, которая нужна организму для жизнедеятельности.

Таким образом, органические вещества, присутствующие в большом количестве в составе сточных вод, служат идеальной питательной средой для многих микроскопических организмов. В процессе жизнедеятельности микроорганизмы разлагают сложную органику на элементарные белки в виде аминокислот и обрывков цепей ДНК.

Важно: эти простые белки способствуют усиленному делению микроорганизмов, что в свою очередь вызывает рост колонии.

Отмершие представители колонии и не переработанная органика выпадают на дно в виде активного ила. Это безвредное вещество, которое может быть использовано в качестве удобрения. Таким образом, проходит процесс удаления из сточных вод сложных органических элементов и вредных составляющих.

Главное преимущество такого метода очистки – его саморегулируемость. То есть если в составе сточных вод уменьшается количество органических соединений, то и рост колонии замедляется. Таким образом, осуществляется саморегуляция системы. Иногда при прекращении поступления стоков, колонии аэробных бактерий могут полностью вымереть.

Методы биологической очистки

С 80-х годов начали активно использовать разные методы биологической очистки для обеззараживания сточных вод:

  1. Часто использовался метод создания биопрудов , которые оборудовались на непригодных для сельскохозяйственной деятельности землях вдалеке от населённых пунктов. Здесь процессы обеззараживания сточных вод выполнялись с использованием двух стадий. Сначала к ним применялись механические методы очистки. После чего осветлённые и избавленные от крупных включений стоки попадали в стоячий водоём, в котором обитают определённые виды микроорганизмов.

Стоит знать: через несколько дней органика в этом водоёме разлагалась на взвесь из грунта и песка, которая оседала на дне, и безвредный ил. Очищенные воды постепенно просачивались в грунт и опять вступали в круговорот веществ.

  1. Метод с использованием инфильтрационных полей считается менее эффективным, но более простым в исполнении. В этом случае сброс сточных вод осуществлялся на затопляемые луга. Площадь таких полей порой доходила до 10 га. При этом процессы очищения осуществлялись за счёт фильтрации стоков через слои почвы. Главным недостатком такого метода был короткий срок службы фильтрационных полей. В итоге фильтрующая способность полей уменьшалась, почва заиливалась, а в результате застоя воды местность превращалась в болото.
  2. Станции биологического очищения – это самый эффективный метод очистки сточных вод. Данная система имеет совсем иной вид. При этом удаётся значительно сократить численность биопрудов и открытых полей фильтрации, что особенно актуально в условиях постоянного дефицита свободных площадей.

Аэробные методы

Процессы обеззараживания сточных вод с участием аэробных бактерий должны осуществляться в условиях постоянного доступа кислорода, необходимого для жизнедеятельности этих микроорганизмов. Процесс очистки протекает в аэротенке или биореакторе, который представляет собой бетонную, металлическую или пластиковую ёмкость. В этом резервуаре на небольшом расстоянии от днища располагаются специальные щётки или сита, которые являются основой для размещения колоний аэробных организмов.

Читать еще:  3G модем с разъемом для внешней антенны

Поскольку система очистки может работать только в условиях доступа кислорода, на дне этой ёмкости проложены трубы с отверстиями – аэраторы. Воздух, проходящий по этим трубам, насыщает стоки кислородом, тем самым создаются необходимые условия для роста и жизнедеятельности аэробов.

Внимание: процессы окисления (разложения) органических веществ протекают с выбросом значительного количества энергии, поэтому температура среды внутри аэротенка может существенно повышаться.

Для поддержания оптимальной температуры и условий, в которых может существовать и работать вся система, используется сложная система электроники. Благодаря этому внутри ёмкости поддерживаются подходящие условия для жизнедеятельности аэробных бактерий.

Биологические способы очищения сточных вод активно используются при создании не только больших биореакторов и аэротенков, но и при конструировании локальных очистных устройств для дач и загородных домов.

Методы анаэробной очистки

Процессы анаэробной очистки протекают в герметичных метантенках или биореакторах, которые выполняются из бетона, металла или высокопрочного пластика. Причём для жизнедеятельности этих микроорганизмов не нужен кислород. Процессы очистки протекают без выброса энергии, поэтому повышение температуры в ёмкости отсутствует. Во время разложения органики численность колонии бактерий практически не изменяется. Поскольку в такой конструкции не нужна сложная система контроля условий среды, то анаэробная очистка – более дешёвый метод.

Важно: главным недостатком анаэробного метода очистки является то, что в результате деятельности анаэробов выделяется горючий газ – метан.

По этой причине действуют определённые ограничения при применении анаэробной методики очистки:

  • Такие конструкции можно возводить только на ровной хорошо вентилируемой (продуваемой) поверхности.
  • По периметру конструкции обязательно устанавливаются газоанализаторы.
  • Анализаторы подключаются к системе оповещения о пожаре.

Стоит знать: анаэробные принципы очистки применяются в ЛОС для обслуживания дач и загородных домов.

Схема очистного сооружения

Важно понимать, что независимо от того, какие процессы очищения стоков используются (анаэробные или аэробные), биологическая очистка – это лишь ступень в сложной многоступенчатой системе очищения стоков.

Схема переработки стоков в очистной станции выглядит следующим образом:

  1. Стоки с содержанием органических и неорганических соединений, а также крупных частиц в виде камней, песка, некоторых синтетических материалов и веток попадают в 1-ю камеру (отстойник). Здесь выполняется механическая очистка под действием сил земного притяжения. Многие тяжелые составляющие оседают на дно камеры.
  2. После этого стоки, прошедшие предварительную очистку, попадают во 2-ю камеру. Здесь они насыщаются кислородом, а крупные органические соединения дробятся на мелкие частицы. В некоторых установках в этой камере стоят стальные щётки и ёлочки, которые задерживают не разлагаемые компоненты в виде полиэтилена, синтетических волокон и других трудно поддающихся разложению материалов.
  3. После этого насыщенные кислородом сточные воды перетекают в биореактор, где проходят процессы разложения органики.
  4. В последней камере осуществляется финишная гравитационная очистка. Обычно на дне этого отсека используется известковая засыпка, которая связывает химически активные компоненты.
  5. Иногда на выходе из очистной станции стоит дополнительное фильтрующее устройство, которое позволяет добиться высокой степени очищения (до 99 %).

Преимущества биологической очистки

Достоинства методов биологического очищения стоков очевидны:

  • Приемлемая цена. Если рассчитать стоимость очистки одного кубометра стоков с использованием механического и химического метода, то цена биологического очищения такого же объёма воды будет намного ниже.
  • Надёжность и простота использования. После запуска в работу станции биологического очищения система работает автономно. При этом не нужно закупать расходные материалы.

Важно: поскольку колонии микроорганизмов имеют способность к самовоспроизведению, то теоритически они не нуждаются ни в какой замене или пополнении. На практике периодически (раз в пять лет) необходимо пополнять или заменять колонии.

  • Экологическая чистота . Очищенные воды можно смело сливать в грунт, не боясь навредить природе. После работы станции нет никаких реагентов, как после химической очистки, которые необходимо особым образом утилизировать. Активный ил, оседающий на дне камеры, можно применять на полях как удобрение.
  • Степень очистки стоков достигает 99 процентов , то есть теоретически такую воду можно даже пить, но на практике этого никто не делает. Однако для полива огорода, сброса в грунт или использования в технических целях такая вода вполне пригодна.
Читать еще:  Активный выпрямитель принцип действия

Процессы биологического очищения протекают и в природе, однако здесь на этот процесс уходят года. Так, если загрязнённые сточные воды попадут на рельеф, то они впитаются в почву. При этом пройдёт процесс механической фильтрации, в ходе которого стоки избавятся от крупных и твёрдых частиц органического и неорганического происхождения.

Поскольку в почве постоянно живут бактерии, со временем они перерабатывают отфильтрованные органические соединения, осевшие в почве, то есть произойдёт процесс самоочищения земли.

Стоит знать: лучшими природными фильтрами считаются песчаные грунты.

При попадании сточных вод на глинистый грунт, который практически не пропускает воду, образуется так называемый биопруд. Сточные воды в нём будут постепенно осветляться под действием гравитации. После отстаивания на дне образуется осадок из органических частиц, которые будут разлагаться благодаря анаэробным бактериям, постоянно присутствующим в любых стоках.

Важно: процессы естественной очистки стоков в природе могут затянуться на многие года, на протяжении которых почва будет загрязнена отходами, а экологическая ситуация значительно ухудшится. Поэтому так важно использовать локальные очистные установки для очищения стоков перед их сбросом в грунт.

Анаэробные методы биохимической очистки

Анаэробные методы обезвреживания используют для сбраживания осадков, образующихся при биохимической очистке производственных сточных вод, а также как первую ступень очистки очень концентрированных промышленных сточных вод (БПКполн 4-5 г/л), содержащих органические вещества, которые разрушаются анаэробными бактериями в процессах брожения. В зависимости от конечного вида продукта различают следующие виды брожения: спиртовое, пропионовокислое, молочнокислое, метановое и др. Конечными продуктами брожения являются: спирты, кислоты, ацетон, газы брожения (СО2, Н2, СН4).

Для очистки сточных вод используют метановое брожение. Этот процесс очень сложный и многостадийный. Механизм его окончательно не установлен. Считают, что процесс метанового брожения состоит из двух фаз: кислой и щелочной (или метано-вой). В кислой фазе из сложных органических веществ образуются низшие жирные кислоты, спирты, аминокислоты, аммиак, глицерин, ацетон, сероводород, диоксид углерода и водород. Из этих промежуточных продуктов в щелочной фазе образуются метан и диоксид углерода. Предполагается, что скорости превращений веществ в кислой и щелочной фазах одинаковы.

Процесс брожения проводят в метантенках — герметически закрытых резервуарах, для ввода несброженного и отвода сброженного осадка. Схема метантенка показана на рисунке 54.

Рисунок 54 — Метантенк

Перед подачей в метантенк осадок должен быть по возможности обезвожен.

Основными параметрами аэробного сбраживания являются температура, регулирующая интенсивность процесса, доза загрузки осадка и степень его перемешивания. Процессы сбраживания ведут в мезофильных (30 — 35 °С) и термофильных (50 — 55 °С) условиях. Метантенк представляет собой железобетонный резервуар с коническим днищем, снабженный устройством для улавливания и отвода газа, а также оборудованный подогревателем и мешалкой. Применяются метантенки диаметром до 20 м и полезным объемом до 4000 м3.

Перемешивание производится механическими мешалками или гидравлическими насосами. Использование для этой цели насосов основано на перекачивании донных слоев осадка в верхние. Это приводит к рыхлению бродящей массы, т.к. в процессе перемешивания происходит выделение газа. Впуск и выпуск осадков производится с помощью насосов.

Метантенки применяются для минерализации осадков бытовых и производственных сточных вод, содержащих доступные для микроорганизмов органические вещества.

Полного сбраживания органических веществ в метантенках достичь нельзя. Все вещества имеют свой предел сбраживания, зависящий от их химической, природы. В среднем степень распада органических веществ составляет около 40%.

Для достижения высокой степени анаэробного сбраживания необходимо соблюдать по возможности высокую температуру процесса, концентрацию беззольного вещества более 15 г/л, интенсивную степень перемешивания, рН среды 6,8-7,2. Снижают эффективность сбраживания присутствие катионов тяжелых металлов (меди, никеля, цинка); избыток ионов NH4+, сульфидов, некоторых органических соединений и в том числе детергентов.

Читать еще:  Акт санитарно эпидемиологического обследования системы вентиляции

Процесс брожения сточных вод ведут в две ступени. При этом часть осадка из второго метантенка возвращают в первый, В первой ступени обеспечивают хорошее перемешивание.

Основным условием работы метантенка является наличие в нем сброженного осадка, обильно заселенного микроорганизмами, адаптированными к данному загрязнению. Сброженный осадок получают в пусковой период очистного сооружения. Для сокращения пускового периода в сооружение вводят зрелый осадок из работающего метантенка или из других источников, например, из канализационных колодцев, так как свежий осадок сбраживается очень медленно (до 6 месяцев). При соотношении 2 :1 зрелого осадка к свежему происходит сравнительно быстрая адаптация микроорганизмов к данному загрязнению и резкому сокращению пускового периода.

Пусковой период сопровождается кислым брожением при котором в иловой жидкости накапливаются летучие жирные кислоты, снижается рН, исчезает щелочность. Вся бродящая масса приобретает неприятный запах из-за выделения индола, скатола и меркоптана и серый цвет. В газообразной фазе появляется сероводород, убывает содержание метана и возрастает количество СО2.
Разлагающаяся часть осадка сточных вод состоит главным образом из углеводов, жиров и белковых веществ. Находясь в одинаковых условиях, эти составные части осадка минерализуются с различными скоростями и достигают различной величины разложения. Возбудителями метанового брожения в метантенке являются те же группы микробов, которые участвуют в минерализации органического вещества в двухярусном отстойнике. Только в метантенке эти процессы протекают более напряженно из-за того, что в нем создаются благоприятные условия для развития анаэробной микрофлоры.

Наиболее интенсивно процессы распада протекают в термофильных условиях. Термофильные микроорганизмы имеют весьма энергичный обмен веществ; процессы осмотического всасывания и удаления ненужных веществ из клеток протекает быстрее, чем у мезофиллов. При термофильном брожении распад органического вещества достигает 55 – 65 %. Кроме того, в этих условиях происходит отмирание патогенной микрофлоры кишечной группы.

Процессы распада можно ускорить введением в бродящую массу концентрированных «биокатализаторов», которые состоят из смеси энзимов, выделяемых бактериями, разлагающими органическое вещество.

При брожении в метантенках из одного кубометра твердой фазы сточной жидкости образуется от 10 до 18 м3 газа, который в среднем содержит 63—65% метана, 32—34% СО2. Теплотворная способность газа 23 МДж/кг. Его сжигают в топках паровых котлов. Пар используют для нагрева осадков в метантенках или для других целей.

Осадок твердой фазы, не разрушенной при брожении, содержат минеральные и органические вещества, необходимые для нормального развития растений, поэтому его можно использовать как удобрение. Кроме того сброженный осадок используют в виде топлива. Для этого его подсушивают на иловых площадках, а затем формуют в топливные брикеты.

Широкое использование биохимического метода обусловлено:

  1. Возможностью удалять из сточных вод разнообразные органические и некоторые неорганические соединения, находящиеся в воде в растворенном, коллоидном и нерастворенном состоянии, в том числе и токсичные.
  2. Простатой аппаратурного оформления.
  3. Относительно невысокими эксплуатационными затратами.
  4. Глубиной очистки

К недостаткам метода относятся:

  1. Высокие капитальные затраты
  2. Необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки.
  3. Токсичное действие на микроорганизмы ряда органических и неорганических соединений
  4. Необходимостью разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей.

Для определения возможности подачи промышленных сточных вод на биохимические очистные сооружения устанавливают максимальную концентрацию токсических веществ, которые не влияют на процессы биохимического окисления и на работу очистных сооружений. При отсутствии таких данных возможность биохимического окисления устанавливается по биохимическому показателю: при отношении БПК п/ХПК > 50 % вещества поддаются биохимическому окислению. При этом необходимо, чтобы сточные воды не содержали ядовитых веществ и примесей солей тяжелых металлов. Биохимическую очистку считают полной, если БПКп сточной воды 20 мг /л.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector