МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

В ходе бытовой и промышленной деятельности человека образуются загрязненные различными компонентами сточные воды.

Для извлечения загрязняющих веществ с последующим сбросом очищенных стоков в водоемы рыбохозяйственного назначения или в систему городской канализации применяются разнообразные методы очистки:

  • механические
  • физико-химические
  • биологические

Механические методы

К первой группе относятся: отстаивание, процеживание, центрифугирование.

Все они применяются для выделения не растворимых в жидкости фракций.

Основные действующие силы тут - гравитационная и центробежная.

1) Под действием силы тяжести крупные частицы опускаются на дно резервуара - отстойника, имеющее коническую форму, и с помощью насосного оборудования или под давлением столба жидкости, накопленный осадок выгружается на стадию механического обезвоживания.

2) Организация тангенциального подвода очищаемой жидкой массы в резервуар способствует созданию вращательного движения – центростремительного ускорения, что значительно ускоряет процесс разделения фаз. Кроме того, выделяются не только грубодисперсные примеси, но и коллоидные частички. На этом принципе основана работа центрифуг.

3) В качестве процеживателей зачастую в технологическую схему очистки включаются либо решетки механизированного типа с малой шириной прозоров – барабанные, ступенчатые, грабельные; либо с ручной выгрузкой, конструктивно представляющие собой.

Физико-химическая очистка

Основывается на использовании таких методик как коагуляция, флотация.

Большинство загрязнителей в производственных сливах имеют устойчивую молекулярную структуру  и  образуют прочные связи с водой.

  • 1) Ввод коагулянтов в систему позволяет ее дестабилизировать и запустить процесс слипания мелких частичек, которые затем в ускоренном режиме выпадают в осадок на дно.

  • 2) Для исключения из стоков тонкоэмульгированных нефтесодержащих продуктов, жировых включений, АПАВ, а также части растворенных в воде органосоединений применяется напорная флотация совместно с реагентной установкой. Способ основывается на возникновении сочетания «пузырек газа-частичка». Механизм образования данного комплекса происходит в два этапа:

- предварительное насыщение водной среды воздухом в специальном напорном баке – сатураторе при избыточном давлении; Может производиться либо при пропуске всего объема исходных водных масс через сатуратор, либо – части уже очищенной воды (рециркуляционная схема), что является менее энергоемкой технологией. Подсос воздуха к очищаемой воде осуществляется через эжектор, установленный на напорном трубопроводе насоса.

- снижение давление до атмосферного, при прохождении водной смеси через сопло напорного коллектора. При этом во флотационной емкости растворенный кислород преобразуется в воздушно-жидкостную эмульсию, в которой наблюдается большое количество выделившихся микропузырьков.

К воздушным образованиям присоединяются частички загрязнений, плохо смачиваемые водой.  Что ведет к образованию пенного продукта на поверхности резервуара, который, по мере накопления, удаляется скребками на механическое обезвоживание.

Биологические методы

Биологическая очистка протекает за счет функционирования микроорганизмов активного ила, которые осуществляют комплекс окислительно-восстановительных процессов, конечным результатом которых является разложение органических веществ до минеральных соединений.

Источник питания для биомассы - углеводы, белки, жиры, спирты и т.п.

В ходе биореакций стоки освобождаются от растворенных, мелкодисперсных и коллоидных групп загрязнений.

Для организации биологической обработки сточных вод необходимо контролировать следующие параметры:

  • достаточность питательных веществ, поступающих со сточными сливами
  • их соотношение с концентрацией микроорганизмов живой биомассы

В ходе биоочистки может наблюдаться как нехватка органических веществ, так и их переизбыток. В первом случае будет наблюдаться недостаток питательной среды для микроорганизмов, ведущий к потере рабочей дозы в биоконструкции. Во втором недостаточность оптимального качества снятия примесей.

Для того, чтобы сбалансировать нагрузку на активный ил, специалистами в этой области проводится ряд мероприятий:

  1. Наращивание на очистной станции прикрепленной биомассы. Для этого в аэротенках устанавливаются биозагрузки различных типов, где создаются условия для формирования биоценоза с развитым видовым составом.
  2. Регулировка соотношения с помощью выведения излишков активного ила, образующихся в ходе прироста новых клеток, из системы биообработки. Удаление избытков иловой смеси может осуществляться как эрлифтным оборудованием, так и с помощью насосов.
  3. Насыщение иловой смеси оптимальным количеством кислорода сжатого воздуха. В биологические ОС сжатый воздух подается с помощью специально подобранных воздуходувок. Насыщение стока  кислородом необходимо не только для самих процессов окисления, но также и для дыхания живых организмов, и хорошего смешения очищаемой жидкости с биоценозом.

В технологии биологической обработки эффективно зарекомендовала себя мелкопузырчатая аэрация с системой барботажа. Мелкие пузырьки обеспечивают насыщение бактериальной клетки растворенного кислорода, а крупные – эффективное его перемешивание с жидкостью.

КРИТЕРИИ УСПЕШНОГО ПРОТЕКАНИЯ БИОПРОЦЕССОВ

Поскольку биологические способы основаны на жизнедеятельности микробиальной массы, особое внимание необходимо уделить условиям среды, в которых протекает образование новых клеток.

Вот, что происходит:

  • рН и температуре
  • присутствию токсичных веществ
  • наличию биогенных элементов

Оптимальной температурой для успешного ведения процесса считается 12-30 0С, рН 6,5-8,5. При нарушении этих диапазонов наблюдается снижение скорости осаждения хлопьев ила, вследствии чего происходит вынос биоценоза, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на качественной характеристике очищаемой жидкости и ведет к повышению влажности осадков, выгружаемых на мехобезвоживание.

Для эффективного изъятия загрязнений  и усвоения их совокупностью микроорганизмов в сточных водах должны обязательно присутствовать такие элементы, как азот и фосфор, в концентрациях, адекватных количественной характеристике показателю, характеризующего биохимическую потребность в кислороде (БПК). При необеспеченности биоценоза данной подпиткой, снижается его осаждающая способность и биоактивность.

Чем больше разница между соотношением показателей химической и биохимической потребностях в кислороде, тем выше наличие в обрабатываемой жидкости примесей промышленного характера, что свидетельствует и о повышении токсичности воды. К токсикантам относят: тяжелые металлы, СПАВ, нефтепродукты.

Поэтому перед проведением биологической ступени очистки, при значительном содержании выше перечисленных веществ, желательно организовывать локальную предочистку в специальных аппаратах – нефтемаслоуловителях и горизонтальных или вертикальных отстойниках с обработкой реагентами, такими как, известковое молочко либо сода.

Разновидность бактерий, ведущих процессы очистки, в зависимости от способов дыхания

В биоценозе можно выделить две основные группы бактерий - анаэробные и аэробные.

Аэробные формируются только в присутствии растворенного O2, сам процесс характеризуется полным расщеплением легкоокисляемых органических комплексов до СО2 и Н2О.

Анаэробные функционируют в условиях минимального содержания растворенного кислорода, возможно присутствие химически связанных форм, таких как NOи NO и т.п.

При этом процессе происходит распад высокомолекулярных веществ до более простых, легкоусваиваемых на последующих ступенях формы. Промежуточными продуктами являются спирты, низкомолекулярные кислоты и т.д.

Кроме того, анаэробы являются более устойчивыми к воздействию больших нагрузок и токсикантов, чем аэробы.

При очистке стоков пищевой промышленности, где содержание органических веществ по показателям БПК5 и ХПК носят высококонцентрированный характер (свыше 1000 мг/дм3), применение одного аэробного процесса экономически и технологически нецелесообразно, так как это связано с:

  • 1) Применением более мощного воздуходувного оборудования;
  • 2) Необходимостью разбавления стоков до концентраций ЗВ, обеспечивающих стабильную работу ОС, что ведет к повышению объемов реакторов;
  • 3) Образованием большого количества биомассы и дальнейшим ее направлением на более мощные установки для обезвоживания;
  • 4) Трудностями по достижению требуемых нормативов очистки при сбросе в водоем рыбохозяйственного назначения.

Но и использование только лишь  анаэробной деструкции также имеет свои недостатки: не дает высокую интенсивность разложения органики и не обеспечивает очистку до жестких  нормативных требований законодательства.

Поэтому в данном случае эффективно применение двухступенчатой анаэробно-аэробной обработке стоков.

СООРУЖЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ

Представляют собой комплекс емкостей, насосного, воздуходувного и прочего оборудования, предназначенный для очистки сточных вод путем создания специальных условий для развития микрофлоры активного ила.

Далее рассмотрим основные виды биологического емкостного оборудования.

Анаэробные реакторы

Для очистки концентрированных сточных вод в технологических схемах нередко применяются двухступенчатые анаэробные сооружения.

Анаэробные реакторы I ступени нашей компании представляют собой вертикальные цилиндрические емкости, выполненные из стеклопластика, и оснащенные погружными мешалками.

Анаэробные реакторы II ступени представляют собой вертикальные цилиндрические резервуары с коническим днищем, оборудованые технологической загрузкой,на которой непрерывно развивается иммобилизованная активная биомасса.Материал стеклопластик.

При прохождении сточных вод через технологическую загрузку органическая часть растворенных, взвешенных и коллоидных веществ перерабатывается прикрепленными на ней микроорганизмами. Образующийся при этом осадок минерализуется и периодически выгружается насосами на механическое обезвоживание.

В блоки I ступени, для поддержания оптимальной дозы ила, идет непрерывный его возврат с помощью центробежных насосов из блоков II ступени.

На первой ступени сточные воды мгновенно смешиваются с рециркулируемым активным илом из реакторов второй ступени, обеспечивающим их анаэробную обработку и перевод трудноокисляемых веществ в доступные для последующих ступеней формы.

В блоках анаэробного реактора I ступени создаются высокие концентрации анаэробного ила за счет постоянного его возврата во взвешенной форме. При этом иловая смесь тщательно перемешивается механическим путем, что обеспечивает равномерное распределение ила в водной массе и предотвращает осаждение его на дне и загнивание.

Аэротенки

Подразделяются на смесители и вытеснители. Первые отличаются равномерным распределением стоков по всему объему сооружения, в них осуществляется полное смешение сточных вод с иловой массой.  В вытеснителях же снижение содержания загрязнителей происходит постепенно при перемещении жидкости от места ввода до выпуска очищенной массы.

Также аэрационные емкости разделяются на аэротенки и биофильтры. В аэротенках механизм изъятия веществиз стоков  происходит в результате деятельности взвешенной в воде активной биомассы.

Биофильтр же оснащен специальным фильтрующим материалом, на котором образуется биологическая пленка – иммобилизованная форма. Она адсорбирует на своей поверхности примеси, которые под воздействием ферментов поглощаются живыми клетками.

Наши блоки биологической очистки работают в режиме биофильтра с затопленной технологической загрузкой и представляют собой цилиндрические емкости, по техническим особенностям разделенные на три зоны – центральную, отстаивания и периферии.

В центральной части установлена пластинчатая загрузка, на которой развивается прикрепленная аэробно-факультативная биомасса, обеспечивающая, совместно с возвратным активным илом, окисление органических загрязнений сточных вод.  В периферийных блоках происходит доокисление органических составляющих и переток в отстойные зоны. В них стоки вначале фильтруются через взвешенный слой биоценоза, а затем проходят тонкослойные модули, где происходит разделение очищаемых вод от биомассы ила.

Биологические пруды

Представляют собой искусственно созданные водоемы, в которых аэрация сточных вод проводится естественным воздухом.

Они имеют существенный недостаток в области наращивания активного биоценоза в зимнее время. Это связано с тем, что  при снижении температуры ниже 6 0С, все биологические процессы прекращаются.

Кроме того, биологические пруды требуют создания больших санитарно-защитных зон (до 200 м).

Поэтому в настоящее время, применение искусственно созданных водоемов не находит широкого распространения.

ВЫВОДЫ

Основными преимуществами биологической очистки, проявляющимися при использовании её в различных сферах промышленности - мясной, молочной, рыбной, кондитерской, спиртовой, целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей и т.д.),  являются:

  1. Удаление широкого спектра загрязняющих веществ – азотных и фосфорных групп, нефтепродуктов, фенолов, СПАВ, соединений во взвешенной, растворенной, коллоидной формах;
  2. Экологическая безопасность.

Сложные вещества используются живой экосистемой как средство питания, при этом они перерабатываются  до простых безвредных продуктов, таких как вода, диоксид углерода и т.п.;

  1. Низкая себестоимость очистки.

По сравнению с физико-химической очисткой применение реагентов сводится к минимуму;

  1. Использование образующегося в процессе очистки активного ила в качестве удобрений и для рекультивации почв после его обеззараживания. Он содержит большое количество питательных элементов, необходимых для роста и развития растений.