Биологическая очистка сточных вод

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3

1. Методы очистки сточных вод……………………………………….........5
2. Процессы биологической очистки………………………………………..8
1. Комплекс биотических и абиотических факторов………………..8
2. Способность к флокуляции…………………………………...........9
3. Процесс полной трехстадийной биологической очистки………..10
4. Видовое разнообразие организмов активного ила……………….12
5. Режим работы активного ила………………………………….......12
6. Формирование различных типов биогеоценоза………………….15
3. Утилизация осадков сточных вод и активного ила……………………..17
4. Очистные установки биологической очистки, их эффективность и концентрация очищенных вод по основным показателям (на примере рыбопереработывающего комбината)…………………………………...20

Заключение…………………………………………………………………….…28

Список использованной литературы…………………………………………....30

Введение

Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном  производстве.  Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей  человека,  всех  растений  и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.

 Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей  орошаемых  земель,  улучшение культурно-бытовых  условий  и  ряд  других  факторов  все  больше  усложняет проблемы обеспечения водой.

Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают.  Ежегодный  расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения  составляет  3300-3500 км3. При этом  70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве.

Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит  к  резкому увеличению потребности в воде.  Значительное кол-во  воды  расходуется  для потребностей  отрасли  животноводства,  а  также  на  бытовые  потребности населения. Большая часть  воды  после  ее  использования  для  хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.

Дефицит пресной воды уже  сейчас  становится  мировой  проблемой.  Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства  в  воде заставляют  все  страны,  ученых  мира  искать  разнообразные  средства  для решения этой проблемы.

На современном этапе определяются  такие  направления  рационального использования водных ресурсов:  более  полное  использование  и  расширенное воспроизводство  ресурсов  пресных  вод;  разработка  новых  технологических процессов,  позволяющих  предотвратить  загрязнение  водоемов  и  свести  к минимуму потребление свежей воды.

1. Методы очистки сточных вод

В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако  он протекает медленно. Пока промышленно-бытовые  сбросы  были невелики, реки сами справлялись с ними. В наш индустриальный век в  связи  с резким увеличением отходов водоемы уже не справляются со столь  значительным загрязнением. Возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные  воды  и утилизировать их.

 Очистка сточных вод - обработка сточных вод  с  целью  разрушения  или удаления  из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения - сложное производство. В нем, как  и  в  любом  другом  производстве  имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода).

 Методы  очистки  сточных  вод  можно  разделить  на  механические, химические, физико-химические  и  биологические, когда  же  они  применяются вместе,  то  метод  очистки  и  обезвреживания  сточных  вод  называется комбинированным. Применение  того  или  иного  метода  в  каждом  конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.

 Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод  путем отстаивания и фильтрации  удаляются  механические  примеси.  Грубодисперсные частицы  в  зависимости  от  размеров  улавливаются  решетками,  ситами, песколовками,  септиками,  навозоуловителями  различных  конструкций,  а поверхностные  загрязнения  -  нефтеловушками,  бензомаслоуловителями, отстойниками и  др.  Механическая  очистка  позволяет  выделять  из  бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей,  а  из  промышленных  до  95%, многие из которых как ценные примеси, используются в производстве.

  Химический метод заключается в  том,  что  в  сточные  воды  добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию  с  загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой  достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%

  При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются  тонко дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются  органические и  плохо  окисляемые  вещества,  чаще  всего  из  физико-химических  методов применяется  коагуляция,  окисление,  сорбция,  экстракция  и  т.д.  Широкое применение  находит  также  электролиз.  Он  заключается  в  разрушении органических веществ  в  сточных  водах  и  извлечении  металлов,  кислот  и других неорганических веществ. Электролитическая  очистка  осуществляется  в особых  сооружениях  -  электролизерах.  Очистка  сточных  вод  с  помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях,  в  лакокрасочной и некоторых других областях промышленности.

 Загрязненные сточные  воды очищают также с помощью ультразвука,  озона, ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала  себя  очистка путем хлорирования.

 Среди методов очистки сточных вод большую роль  играет  биологический метод,  основанный  на  использовании  закономерностей  биохимического  и физиологического самоочищения рек и других водоемов.  Есть  несколько  типов биологических устройств по очистке сточных  вод:  биофильтры,  биологические пруды и аэротенки.

 В биофильтрах сточные  воды пропускаются  через  слой  крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной  пленкой.  Благодаря  этой  пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления.  Именно  она  служит действующим началом в биофильтрах.

 В биологических прудах  в очистке сточных  вод  принимают  участие  все организмы, населяющие водоем.

 Аэротенки - огромные резервуары  из  железобетона.  Здесь  очищающее начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти  живые существа бурно развиваются  в  аэротенках,  чему  способствуют  органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение  потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются  в  хлопья  и  выделяют  ферменты, минерализующие органические  загрязнения.  Ил  с  хлопьями  быстро  оседает, отделяясь от очищенной воды.  Инфузории,  жгутиковые,  амебы,  коловратки  и другие  мельчайшие  животные,  пожирая  бактерии,  неслипающиеся  в  хлопья, омолаживают бактериальную массу ила.

  Сточные воды перед биологической очисткой подвергают  механической,  а после  нее  для  удаления  болезнетворных  бактерий  и  химической  очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции  используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз,  озонирование и др.)

  Биологический метод дает большие результаты при  очистке  коммунально-бытовых стоков. Он применяется  также  и  при  очистке  отходов  предприятий нефтеперерабатывающей,  целлюлозно-бумажной  промышленности,  производстве искусственного волокна.

2. Процессы биологической очистки

Сооружениям биологической очистки отводится главенствующая роль в общем комплексе сооружений канализационной очистной станции. В результате процессов биологической очистки сточная вода может быть очищена от многих органических и некоторых неорганических примесей. Процесс очистки осуществляет сложное сообщество микроорганизмов - бактерий, простейших, ряда высших организмов - в условиях аэробиоза, т.е. наличия в очищаемой воде растворённого кислорода. Загрязнения сточных вод являются для многих микроорганизмов источником питания, при использовании которого они получают всё необходимое для их жизни - энергию и материал для конструктивного обмена (восстановления распадающихся веществ клетки, прироста биомассы). Изымая из воды питательные вещества (загрязнения), микроорганизмы очищают от них сточную воду, но одновременно они вносят в неё новые вещества - продукты обмена, выделяемые во внешнюю среду.

До настоящего времени не существует системы биоиндикации процесса биологической очистки, и остаётся справедливым утверждение о множестве разноречивых данных, трактующих взаимосвязь качества очистки и специфических организмов. Это объясняется, прежде всего, особенностями биоценоза активного ила, его высоким адаптационными свойствами, что позволяет развиваться одним и тем же видам в разных экологических зонах, влиянием на его развитие сложного комплекса биотических и абиотических факторов.

2.1.Комплекс биотических и абиотических факторов

Основными абиотическими факторами, воздействующими на биоценоз ила, являются: температура, состав очищаемых сточных вод и наличие в них токсичных веществ, влияющих на жизнедеятельность микроорганизмов; фактические концентрации и разнообразие растворённых питательных веществ, используемых микроорганизмами для роста; содержание растворённого кислорода в иловой смеси (табл.1).

Таблица 1. Экологические факторы, определяющие развитие активного ила.

2.2.Способность к флокуляции

Своеобразные условия существования формируют активный ил и его способность к флокуляции, которая является одной из важнейших характеристик состояния биоценоза. Структура и биологические свойства хлопьев ила определяют эффективность и качество биологической очистки. При нормально идущих процессах очистки масса активного ила представлена хлопьями с плотностью в среднем 1.1-1.37 г/см3 и размером от 53 до 212 мкм. Бактериальные клетки расположены внутри, на поверхности хлопьев, могут быть представлены незначительным количеством не связанных с хлопьями одиночными бактериями: палочками, кокками, спирохетами и микроколониями из палочек. Бактерии активного ила синтезируют и секретируют в среду внеклеточный биополимер - полисахаридный гель. Именно наличие геля обуславливает агрегацию микроорганизмов и образование хлопьевидных скоплений - флокул. Активный ил только в флокулированном состоянии может обеспечивать высокие скорости окисления загрязняющих веществ, и, по существу, качество очищенной воды определяется его способностью к флокуляции.

2.3.Процесс полной трёхстадийной биологической очистки

Процесс полной биологической очистки протекает в три стадии. На первой стадии, сразу же после смешения сточных вод с активным илом, на его поверхности происходят адсорбция загрязняющих веществ и их коагуляция (укрупнение частиц несущих органические вещества), причём адсорбция обеспечивается как хемосорбцией, так и биосорбцией с помощью полисахаридного геля активного ила и благодаря огромной поверхности ила, один грамм которого занимает 100 м2. Таким образом, на первой стадии очистки загрязняющие вещества в сточных водах удаляются благодаря механическому изъятию их активным илом из воды и началу процесса биоокисления наиболее легкоразлагающейся органики. Высокое содержание поступающих загрязняющих веществ способствует на первой стадии высокой кислородопоглащаемости, что приводит к практически полному потребления кислорода в зонах поступления сточных вод в аэротенках. На первой стадии за 0.5-2.0 часа содержание органических загрязняющих веществ, характеризуемых показателем БПК5, снижается на 50-60%.

На второй стадии полной биологической очистки продолжается биосорбция загрязняющих веществ и идёт их активное окисление экзоферментами (ферментами, выделяемыми активным илом в окружающую среду). Благодаря снизившейся концентрации загрязняющих веществ, начинает восстанавливаться активность ила, которая была подавлена к концу первой стадии очистки. Скорость потребления кислорода на этой стадии меньше, чем в начале процесса, и в воде накапливается растворённый кислород. В случае благополучия второй стадии экзоферментами окисляется до 75% органических загрязняющих веществ, характеризуемых показателем БПК5. Продолжительность этой стадии различна в зависимости от состава очищаемых сточных вод и составляет от 2.0 до 4.0 часов.

На третьей стадии очистки происходит окисление загрязняющих веществ эндоферментами (внутри клетки), доокисление сложноокисляемых соединений, превращение азота аммонийных солей в нитриты и нитраты, регенерация активного ила. Именно на этой стадии (стадии внутриклеточного питания активного ила) происходит образование полисахаридного геля, выделяемого бактериальными клетками. Скорость потребления кислорода вновь возрастает. Общая продолжительность процесса в аэротенках составляет 6-8 часов для бытовых и может увеличиваться до 10-20 и более часов при совместной очистке бытовых и производственных сточных вод. Продолжительность третьей стадии, таким образом, составляет от 4-6 часов при очистке бытовых сточных вод и может удлиняться до 15 часов.

Благополучие фазы эндогенного питания определяется величиной нагрузки, возрастом активного ила и временем пребывания его в аэротенках. Увеличение возраста активного ила, времени его пребывания в системе очистки, падение удельной нагрузки на него продлевает фазу эндогенного питания и создаёт благоприятный режим для её протекания, что способствует активному гелеобразованию, укрупнению хлопьев активного ила, улучшению его флокулирующих свойств. Внезапное увеличение нагрузки, сокращение возраста, токсические вещества, присутствующие в поступающей на очистку воде, оказывают подавляющее воздействие на процесс ферментативного окисления в целом и на фазу эндогенного питания. Таким образом, флокуляция хлопьев, а, следовательно, эффективность очистки, зависит от характеристик поступающих сточных вод, условий введения технологического процесса очистки и от действия гидродинамических сил в аэротенке.