Аэробные способы очистки целесообразно использовать для очистки

Особенности аэробных и анаэробных процессов биологической очистки сточных вод

В процессе работы многих предприятий образуются отходы, содержащие химические и органические соединения. Все они загрязняют окружающую среду. Правильная очистка поможет уменьшить негативное влияние на почву и водные ресурсы.

Один из вариантов – использовать биологические методы: аэробный и анаэробный.

Что это за методы биологического очищения?

Аэробные и анаэробные методы относятся к биологической очистке. Все они задействуют микроорганизмы, которые расщепляют органику на отдельные компоненты. В итоге бактерия получает строительный материал для роста и развития.

В сточных водах в большом количестве имеются органические соединения, которые и становятся питательной средой для микроорганизмов.

Сфера применения таких методов – это очистные конструкции для различных предприятий:

• по изготовлению соков, пива, алкогольной продукции и других напитков;
• по переработке сыворотки;
• сельского хозяйства;
• молокозаводы;
• фармацевтические компании;
• мясокомбинаты;
• производители косметики;
• предприятия химической промышленности.

Для аэробной очистки требуется непрерывное поступление кислорода. Это главный фактор, обеспечивающий деятельность микроорганизмов.

Анаэробный метод используется для ликвидации ила и других твердых осадков. При этом происходит отделение нерастворимых элементов, которые разлагаются с помощью бактерий.

При анализе загрязненности используется термин ХПК – химическое потребление кислорода. Этот показатель отражает концентрацию органики в воде.

Плюсы и минусы процесса

Аэробные и анаэробные методы имеют свои преимущества:

• эффективное удаление органики и других компонентов;
• простой принцип работы;
• малая сумма затрат на обслуживание и работу;
• надежность оборудования;
• экологичность очищенных вод;
• степень очистки до 99%;
• не выделяются вредные вещества.

Недостатки аэробных и анаэробных систем:

• большие вложения на строительные работы;
• необходимо четкое соблюдение технологического процесса;
• некоторые токсичные компоненты приводят к гибели бактерии;
• при работе с определенными продуктами нужен дополнительный этап очистки.

Аэробный способ

Аэробное очищение сточных вод происходит при участии бактерий и кислорода. В результате такой деятельности выделяется:

Это приводит к увеличению активного ила, который формируется из колоний микроорганизмов.

Аэробный процесс очищения включает несколько этапов:

1. Фильтрация воды от твердых частиц.
2. Окисление органики. В итоге образуется активный ил – осадок, состоящий из колоний бактерий. Он поступает в отдельный отсек.
3. Переработка и обеззараживание полученного осадка.

Процесс очищения происходит в биореакторе. Это емкость, изготовленная из пластика, бетона или металла. На дне биореактора располагаются сита, в которых находятся сами микроорганизмы.

Доступ к кислороду обеспечивают аэраторы – перфорированные трубы. Когда по ним проходит воздух, сточные воды насыщаются кислородом.

В процессе жизнедеятельности бактерий происходит выброс тепловой энергии. В итоге повышается температура всей системы. Это может привести к гибели микроорганизмов.

Для контроля над микроклиматом обязательно устанавливают датчики и систему управления. Существенные затраты электроэнергии идут на поддержание работы воздуходувок.

Особенности аэробных устройств:

• удаление свыше 99% ХПК;
• 1 кг загрязнений дает 0,4 кг активного ила;
• не образуется биогаз;
• для ликвидации 1 кг загрязнений потребление электричества составит 5 кВтч.

Эффективность аэробных методов снижается под воздействием ряда факторов:

• наличие токсичных веществ и солей тяжелых металлов;
• работа с загрязнениями, которые долго окисляются;
• большие габариты;
• высокая концентрация активных веществ, замедляющих деятельность микроорганизмов;
• температура, выходящая за пределы 20-30 градусов;
• нарушение кислотно-щелочного баланса, который установлен для каждого вида бактерий.

Указанные факторы угнетают деятельность микроорганизмов или приводят к их полной гибели. Поэтому при выборе аэробного метода обязательно учитывают, какие компоненты содержатся в сточных водах.

Аэробный метод обеспечивает повышенное качества обработки. После очищения разрешено сбрасывать водную массу в реки и водоемы.

Для строительства аэробных конструкций нужно больше свободного пространства и значительные вложения.

Анаэробный

Анаэробное разложение не требует поступления кислорода. В результате происходит процесс брожения и выделяет газ метан. В естественных условиях подобные процессы наблюдаются на болотистой местности. При разложении органики выходят так называемые болотные газы.

Анаэробная очистка включает 4 этапа:

1. Гидролиз. Сложные углеводороды разлагаются на воду и более простые составляющие.
2. Предварительное окисление. В результате выделяются спирты и кислоты.
3. Завершающее окисление продуктов.
4. Переработка веществ бактериями и выделение метана.

Все стадии анаэробного очищения тесно связаны между собой. При нарушении одного этапа очистка прекращается.

Анаэробные устройства имеют вид герметичных контейнеров. Обычно их располагают под землей.

На дне емкости образуется осадок. В верхней части резервуаров имеются колпаки, предназначенные для отвода газа.

Деятельность анаэробных бактерий не приводит к выделению энергии. Поэтому температура внутри контейнера не изменяется. Такое оборудование работает без системы управления, поэтому их стоимость достаточно низкая.

Основной минус анаэробного метода – выделение метана. Поэтому системы возводят на ровной местности, которая постоянного продувается ветрами. Обязательно устанавливаются датчики. При повышении концентрации метана срабатывает система сигнализации.

Особенности работы анаэробных устройств:

• удаляют более 90% загрязнений;
• ликвидация 1 кг ХПК позволяет получить 40 г ила;
• компактные размеры;
• образование биогаза;
• для ликвидации 1 кг загрязнений нужна энергия 0,5 кВтч.

Анаэробные сооружения строят для очистки воды с повышенной концентрацией ХПК. Для их возведения требуется меньше места, также сокращается объем работ и денежных затрат.

Значительно понижают эффективность следующие факторы:

• высокая кислотность сточных вод;
• снижение температуры ниже установленного уровня (20-30 градусов);
• пониженное содержание загрязнений.

Заключение

Биологические способы очистки имеют свои плюсы и минусы. При выборе подходящего метода учитывают состав вод и деятельность компании.

• Анаэробные системы более экономичны, однако действенны при серьезных загрязнениях.
• Аэробные конструкции отличаются высокой эффективностью.

Источник

Электронная библиотека

Аэробные процессы биохимической очистки могут протекать в естественных условиях и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Искусственными сооружениями являются аэротенки и биофильтры разных конструкций. Выбор типа сооружений производится с учетом местоположения завода, климатических условий, источника водоснабжения, объема промышленных и бытовых сточных вод, состава и концентрации загрязнений. В искусственных сооружениях процессы очистки протекают с большей скоростью, чем в естественных условиях.

Поля орошения – это специально подготовленные земельные участки, используемые одновременно для очищения сточных вод и агрокультурных целей. Очистка сточных вод на полях орошения производится под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и жизнедеятельности растений. Земледельческие поля орошения после биологической очистки сточных вод, увлажнения и удобрения используют для выращивания зерновых и силосных культур, трав, овощей, а также для посадки деревьев и кустарников.

Биологические пруды представляют собой 3…5-ступенчатый каскад прудов, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или предварительно очищенная сточная вода. Они чаще всего предназначены для окончательной биологической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями.

Различают пруды с естественной и искусственной аэрацией. Пруды с естественной аэрацией имеют небольшую глубину (0,5…1 м), хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами. Для повышения скорости растворения кислорода, а следовательно и скорости окисления, сооружают аэрируемые пруды. Аэрацию проводят механическим или пневматическим путем. Это позволяет в 3…3,5 раза увеличить нагрузку по загрязнениям за счет увеличения глубины пруда до 3,5 м.

Рис. 1.26. Схема установки для биологической очистки:

1 – первичный отстойник; 2 – преаэратор; 3 – аэротенк; 4 – регенератор; 5 – вторичный отстойник

Очистка в аэротенках

Аэротенками называют железобетонные аэрируемые резервуары. Процесс очистки в аэротенке идет по мере протекания через него аэрированной смеси сточной воды и активного ила (рис. 1.26). Аэрация необходима для насыщения воды кислородом и поддерживания ила во взвешенном состоянии.

Сточную воду направляют в отстойник 1, где удаляются взвешенные частицы. Для улучшения осаждения сюда может подаваться часть избыточного ила (биокоагуляция). Затем осветленная вода поступает в преаэратор-усреднитель 2. Туда же направляют часть избыточного ила (циркуляционный активный ил) из вторичного отстойника. Здесь сточные воды предварительно аэрируются воздухом в течение 16…20 мин. В случае необходимости в преаэратор могут быть введены нейтрализующие добавки и питательные вещества.

Из усреднителя сточная вода подается в аэротенк, через который циркулирует и активный ил. Биохимические процессы, протекающие в аэротенке, могут быть разделены на два этапа:

1) адсорбция поверхностью активного ила органических веществ и минерализация легко окисляющихся веществ при интенсивном потреблении кислорода;

2) доокисление медленно окисляющихся органических веществ, регенерация активного ила. На этом этапе кислород потребляется медленнее.

Как правило, аэротенк разделен на две части: регенератор (25…30 % от общего объема) и собственно аэротенк, в котором идет основной процесс очистки. Наличие регенератора дает возможность очищать более концентрированные сточные воды и увеличить производительность агрегата.

Перед аэротенком сточная жидкость должна содержать не более 150 мг/л взвешенных частиц и не более 25 мг/л нефтепродуктов. Температура очищаемых сточных вод не должна быть ниже 6 °С и выше 30 °С, а рН – в пределах 6,5…9.

После аэротенка сточная вода с илом поступает во вторичный отстойник, где происходит отделение ила от воды. Большая часть ила возвращается в аэротенк (циркуляционный активный ил), а избыток его (избыточный активный ил) направляется в преаэратор и на утилизацию.

Аэротенки представляют собой открытый бассейн, оборудованный устройствами для принудительной аэрации. Они бывают двух-, трех- и четырехкоридорные. Глубина аэротенков 2…5 м.

Аэротенки подразделяются по следующим основным признакам:

1) по гидродинамическому режиму – вытеснители, смесители и промежуточного типа (с рассредоточенным впуском сточных вод);

2) по способу регенерации активного ила – с отдельной регенерацией и без отдельной регенерации;

3) по нагрузке на активный ил – на высоконагружаемые (для неполной очистки), обычные и низконагружаемые (с продленной аэрацией):

4) по количеству ступеней – на одно-, двух- и многоступенчатые;

5) по режиму ввода сточных вод – на проточные, полупроточные, с переменным рабочим уровнем и контактовые;

6) по конструктивным признакам.

Наиболее распространены коридорные аэротенки, работающие как вытеснители, смесители и с комбинированными режимами.

В аэротенках идеального вытеснения концентрация биомассы по длине изменяется незначительно. В начале процесса наблюдается максимальное содержание субстрата и нехватка кислорода, а в конце процесса – отсутствие субстрата и избыток кислорода. Недостаток аэротенков этого типа – чувствительность к перегрузкам, громоздкость и высокая стоимость сооружения.

Рис. 1.27. Двухкамерный аэротенк-отстойник:

1 – импеллерный аэратор; 2 – зона предварительного обогащения; 3 – перегородка; 4 – роторный аэратор; 5 – зона ферментации; 6 – зона осветления

В аэротенках полного смешения (рис. 1.27) поступающая сточная вода мгновенно перемешивается со всей массой жидкости и активного ила. Это позволяет равномерно распределить органические загрязнения и кислород и проводить процесс при постоянно высоких нагрузках. Однако остаточная концентрация загрязнений в очищенной воде у них больше по сравнению с аэротенками вытеснительного типа, что является основным недостатком этой конструкции.

При аэрации на 1 м 3 очищенной сточной воды подается несколько десятков кубометров воздуха. При этом должна быть обеспечена большая поверхность контакта между воздухом, сточной водой и илом, что является необходимым условием эффективной очистки. На практике используют пневматический, механический и пневмомеханический способы аэрации сточной воды в аэротенках. Выбор способа аэрации зависит от типа аэротенка и от необходимой интенсивности аэрации.

Очистка в биофильтрах

Биофильтр – это сооружение, в корпусе которого размещается кусковая (пластинчатая, пленочная и др.) насадка (загрузка) и предусмотрены распределительные устройства для прерывистой подачи сточной воды и воздуха. В биофильтрах сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытый пленкой из микроорганизмов. Микроорганизмы биопленки окисляют органические вещества, используя их как источники питания и энергии. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества, а масса активной биопленки увеличивается.

Отработанная (омертвевшая) биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.

В качестве загрузки используются различные материалы с высокой пористостью, малой плотностью и большой удельной поверхностью: щебень, гравий, шлак, керамзит, керамические и пластмассовые кольца, кубы, шары, цилиндры, шестигранные блоки, металлические, тканевые и пластмассовые сетки, скрученные в рулоны.

В настоящее время используется большое число конструкций биофильтров, которые делятся на биофильтры: работающие с полной и неполной биологической очисткой; с естественной и искусственной подачей воздуха; с рециркуляцией и без рециркуляции сточных вод; одноступенчатые и двухступенчатые, капельные и высоконагружаемые.

Биопленка выполняет такие же функции, как и активный ил. Она адсорбирует и перерабатывает органические вещества, находящиеся в сточных водах. Окислительная мощность биофильтров ниже мощности аэротенков. Биофильтры используются при очистке сточных вод расходом до 50 тыс. м 3 /сут. В холодных регионах они размещаются в закрытых помещениях.

Применение кислорода для аэрации сточных вод

При пневматической аэрации вместо воздуха начинают использовать технический кислород. Иногда этот процесс называют «биоосаждением». Он проводится в закрытых аппаратах, которые называют окситенками.

Применение кислорода вместо воздуха для аэрации сточных вод имеет ряд преимуществ:

1) эффективность использования кислорода повышается с 8…9 до 90…95 %;

2) окислительная мощность окситенков в 5…6 раз больше мощности аэротенков;

3) для обеспечения такой же концентрации кислорода в сточной воде требуется меньшая скорость перемешивания, благодаря чему улучшаются седиментациоиные характеристики активного ила. Он состоит из крупных и плотных хлопьев, которые легко осаждаются и фильтруются, что позволяет повысить концентрацию его до 10 г/л без увеличения габаритных размеров вторичных отстойников;

4) улучшается бактериальный состав активного ила. При большой концентрации О₂ не развиваются ниточные бактерии;

5) в очищенной воде остается больше растворимого кислорода, что способствует дальнейшей доочистке ее;

6) не возникает проблемы борьбы с запахом, так как процесс проводится в герметически закрытых агрегатах;

7) капитальные затраты ниже.

Однако способ очистки кислородом дороже очистки воздухом, так как требуются значительные затраты на производство кислорода. Поэтому его целесообразно использовать только в тех случаях, когда кислород является отходом производства. В окситенках в связи с более высокой концентрацией СО₂, чем в аэротенках, значительно снижается рН воды. Уменьшение времени пребывания сточных вод в окситенках в сравнении с очисткой в аэротенках приводит к ухудшению процесса нитрификации. В то же время увеличение концентрации СО₂, вероятно, является причиной снижения коэффициента прироста активного ила от 0,6…1,2 для аэротенков до 0,4…0,6 для окситенков. Различий в кинетике процессов очистки при аэрировании кислородом и воздухом не наблюдается. Разработано несколько конструкций окситенков.

Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00

Источник