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, имеющего 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.

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 давления 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.  Это 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 растворенным кислородом, 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: 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 показателя, 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:

  •  Применением более мощного воздуходувного оборудования;
  •  Необходимостью разбавления стоков до концентраций ЗВ, обеспечивающих стабильную работу ОС, что ведет к повышению объемов реакторов;
  •  Образованием большого количества биомассы и дальнейшим ее направлением на более мощные установки для обезвоживания;
  •  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.
  3. Низкая себестоимость очистки. По сравнению с физико-химической очисткой применение реагентов сводится к минимуму.
  4. 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.
Другие статьи