Биологический способ очистки это

Биологическая очистка воды

Сегодня стало очевидным, что угроза существованию жизни таится не столько в атомной опасности, сколько в угрожающей экологической ситуации. Серьезные опасения вызывает недостаток питьевой воды, ее качественные изменения, несоответствие санитарно-гигиеническим требованиям, неблагоприятные последствия употребления недоброкачественной воды для здоровья населения.

Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения отличается от других областей химической технологии тем, что процессы водоочистки происходят в больших объемах при небольшой концентрации растворенных веществ. Большие объемы предполагают использование крупногабаритных установок, а небольшое количество извлекаемых примесей требует применения селективных методов обработки водного раствора. Соответственно цель водоподготовки — обеспечить физические и биохимические показатели воды, определённые в ГОСТ для питьевого водоснабжения или соответствующие заданному технологическому циклу на предприятии и удовлетворяющие эксплуатационным условиям для оборудования.

Какие методы устранения загрязнений существуют

Природная вода — сложная дисперсная система, содержащая огромное количество растворенных и взвешенных примесей различного фазового состава, минеральной и органической природы. Применить универсальный способ удалить такое множество веществ невозможно. В процессах водоподготовки задействован целый комплекс методов, биологических технологий очистки воды, каждый из которых ориентирован на устранение определенной группы веществ.

В зависимости от направленности воздействия и применяемых инструментов существует четыре основных вида методов очистки воды:

1. Физические способы подготовки воды.
2. Удаление растворенных загрязнителей с помощью реагентов — химические способы.
3. Комбинированное воздействие на загрязняющие субстанции физико-химическими процессами.
4. Биологическая очистка воды.

Физические способы водоочистки востребованы в основном на подготовительном этапе водоподготовки. Это фильтрация, процеживание, отстаивание. Они направлены на устранение крупных включений из объемов воды, которые могут нарушить работу оборудования и быстро вывести из строя селективные фильтрующие материалы при дальнейшей обработке и селективной очистке воды.

Химические методы основаны на способности соединений вступать в химические реакции между собой. Вводя специальные реагенты для запуска определенных взаимодействий, можно перевести токсичные загрязнения в неопасные соединения, связать их в труднорастворимые комплексы или нерастворимые осадки, которые легко удалить фильтрацией или другим методом отделения.

Физико-химические процессы сочетают в себе комбинированное воздействие на подаваемую для очистки воду физическими явлениями и химическими реагентами. Такие методы основаны на свойствах удаляемых примесей, активизировать которые помогают специально вводимые вещества, инициирующие химические и физические процессы. С помощью физико-химической очистки убирают как минеральные загрязнители, так и органику, ионы металлов, растворенные газы.

Биологические способы очистки — это сравнительно молодые, но перспективные методы удаления из воды нежелательных элементов и соединений с участием живой микрофлоры, специальных бактерий, грибов. Суть — в выборочном поглощении живыми организмами загрязнителей из воды как питательного материала для своей жизнедеятельности.

Что входит в состав биологических методов очистки воды

Биологическая очистка воды чаще всего применяется в замкнутой системе водоснабжения путем адсорбции и окисления загрязняющих веществ в заранее подготовленном пласте активного ила. Шламовая его составляющая находится у донной части оборудования, а часть — в плавающей зафиксированной насадке. Способность микроорганизмов выборочно употреблять для питания те или иные органические и минеральные соединения из очищаемой воды, позволяет подобрать виды живых бактерий для биологической очистки воды определенного химического состава. Нитробактерии Nitrosomonas окисляют азотистые соединения в процессе жизнедеятельности, серобактерии нейтрализуют сероводород.

Микроорганизмы, участвующие в биологической очистке воды, содержатся в виде колоний в серо-бурой кашицеобразной субстанции с запахом земли — активном иле. Он легко отстаивается и оседает на дно, что позволяет быстро отделить чистую воду от отработавшего ила. Все микроорганизмы для биологической очистки воды делятся на два класса в зависимости от условий, в которых они проявляют свою активность. Аэробной микрофлоре необходим кислород для жизнедеятельности и запуска процессов окисления. Напротив, питание и активное потребление питательных веществ анаэробными бактериями происходит только в бескислородном пространстве. В зависимости от выбранного типа микроорганизмов корректируются эксплуатационные условия устройств для биологической очистки воды.

Процесс биоочистки воды проходит в особых сооружениях:

• биопрудах и на полях фильтрации;
• биологических фильтрах;
• аэротенках и метатенках.

Специфические микроорганизмы, продуцируя в активном иле, работают в качестве биоценоза минерализующей микрофлоры, способной адсорбировать органические и минеральные соединения на поверхности и окислять их. Во всех сооружениях кроме метатенков процессы окисления проходят с участием кислорода.

Биологические пруды как метод очистки

Биологические пруды — искусственно созданные или естественного происхождения водоемы со свободной аэрацией, на дне которых в активном иле живут микроорганизмы. На процессы биологической очистки воды благоприятно действуют растения прудов, особенно ряска, камыш, плавающий рдест, тростник, рогоз и роголистник.

Поля фильтрации организовывают на суглинистых, глинистых, торфяных, песчаных участках почв. Через почву, как фильтрующий материал пропускают воду. Микроорганизмы, живущие в почве, параллельно очищают воду от растворенных и взвешенных примесей. Это самые простые способы осуществления аэробной биологической очистки воды, не эффективные при высоких концентрациях примесей и большом потоке воды, но зато абсолютно не затратные и не нуждающиеся в постоянном контроле человеком.

Биологическая очистка на фильтрах

Биофильтр работает с использованием принципов физической фильтрации. Водный раствор пропускается через слой загрузки, предварительно покрытый биопленкой из аэробной микрофлоры. Чтобы живые организмы активно расщепляли загрязнения, воду в биофильтрах аэрируют принудительно. Однако возможна и естественная циркуляция воздуха.

Аэротенки и метатенки

Аэротенки отличаются более сложным устройством, чем биофильтры. Здесь биологическая очистка воды осуществляется при обязательной принудительной аэрации. Перед поступлением в аэротенк водный раствор перемешивают с активным илом, а затем пропускают через взвесь воздушный поток. Воздух насыщает воду кислородом, активизирует процессы окисления и разложения загрязнителей, способствует постоянному перемешиванию раствора. Если вместо воздуха аэрацию проводить кислородом, эффективность биологической очистки воды возрастает в разы, а такие установки носят название окситенки.

Бескислородная биологическая очистка сточных вод анаэробными микроорганизмами чаще всего проходит в метантенках. Главной особенностью процесса является отсутствие необходимости осуществлять аэрацию. А в качестве побочного продукта в результате химических процессов окисления и питания анаэробных организмов образуется биогаз. В резервуар метатенка подается концентрированный осадок из отстойников. Там он подвергается брожению. Для ускорения процесса используют повышение температуры до 35°С при мезофильном брожении, и до 55°С при термофильном. Процесс бескислородной очистки вод достаточно сложный, проходит в несколько этапов и заканчивается получением чистой воды и метана — дружественного для экологии топлива.

После механической и биологической очистки воды на выходе формируются разные осадки органических соединений. Это крупные частицы, оседающие на фильтрах, осадок из первичных отстойников, активный ил или биологическая пленка, образующиеся в устройствах аэробной биологической очистки воды. После измельчения такие отходы отправляются в специальный проток перед первичными отстойниками, улавливаются ими и перемещаются в сырой осадок. Суммарное количество осадков находится в пределах 1% объема обрабатываемой воды, из них 50 — 75% составляет активный ил.

Есть методики, использующие активированный уголь для увеличения эффективности биологической очистки вод. Его добавляют в воду на входе в аэротенки в количестве 150 — 250 мг/л или в адсорбер с принудительной аэрацией. Этот способ достаточно перспективен, так как повышает качество очистки воды и позволяет уменьшить габариты очистных установок на 20 — 30%.

Комплексный подход

В современных системах водоподготовки методы очистки используются комплексно, дополняют друг друга для повышения эффективности. Нет ни одного универсального способа избавить воду от всех загрязнений путем проведения одной технологической операции. Мы видим сложные фильтрующие системы в квартирах и домах, состоящие из предварительной фильтрации, установок ионного обмена и обратного осмоса, аэрационных колонок и УФ-стерилизаторов. На предприятиях, где водооборот значительно больше, применяют мощное оборудование, задействующее физические, химические, электрические свойства примесей, биологическую очистку воды в аэробных и анаэробных условиях. Важно правильно подобрать очистительные сооружения под состав загрязнений и реализовать их бесперебойную работу в заданных условиях.

Источник

Биологические

Методы биоочистки активно применяются в промышленных и бытовых условиях.

Использование микроорганизмов – обязательный этап улучшения качества сточных вод наряду с механическими, физическими и химическими способами.

Природный процесс, воссозданный в искусственных условиях, помогает справиться со многими загрязнениями без применения дорогостоящих технологий.

Что это такое и каков принцип работы?

После этапа механической фильтрации (удаления нерастворимых частиц) сточные воды попадают на биологическую очистку.

Принцип основан на способности некоторых микроорганизмов расщеплять органические соединения до простых веществ – воды, углекислого газа, метана, сероводорода. Органика является источником энергии для бактерий и простейших.

Сточные воды включают в себя нитраты, аммиак, аминокислоты – они содержат азот, который обеспечивает жизнедеятельность микроорганизмов.

Фосфор и калий добывается бактериями из минеральных солей.

Чем больше в сточных водах этих веществ, тем интенсивнее размножение микроорганизмов и эффективнее очистка.

Методы очистки сточных вод

Специалисты выделяют две большие группы методов биоочистки:

• Естественные. Для улучшения качества сточных вод используются природные процессы, протекающие в воде, почве, растительных экосистемах. Загрязнения удерживаются, минерализуются, трансформируются или переносятся. Естественные экосистемы используются для доочистки сточных вод перед их спуском в водоемы.
• Искусственные методы. Для их реализации используются сооружения, созданные человеком. В них помещаются аэробные или анаэробные микроорганизмы и обеспечиваются благоприятные условия для переработки загрязнений.

Эффективность

Биологическая очистка сточной воды в промышленных условиях избавляет от 98% загрязнений.

Чтобы поддерживать процесс, нужно все время вносить активные микроорганизмы.

Биологический метод помогает переработать такие загрязняющие вещества и их соединения:

• Аммонийный азот;
• Легкоокисляющиеся органические соединения: бензол, глюкозу, ацетон, этанол и т.д.;
• Калий;
• Фосфор;
• Кальций;
• Белки, жиры, углеводы.

К сточным водам относятся промышленные и хозяйственно-бытовые стоки, а также атмосферные осадки. Все эти группы обязательно проходят этап биологической очистки на промышленных или локальных сооружениях.

Плюсы и минусы

Преимущества биологической очистки:

• Малое количество отходов. После переработки образуются вещества (углекислый газ, вода), которые легко утилизируются. Если при очистке выделяется метан, его используют для получения тепловой энергии. Переработанный ил – хорошее удобрение.
• Системы для биологической очистки работают автономно. Для их обслуживания не нужно вводить реагенты, а с контролем процесса справится 1 человек.
• Стоимость реализации биотехнологий ниже, чем на другие способы очистки воды.
• Естественные реакции создают экологически чистый цикл природного использования.

Биологическая очистка сточных вод не лишена недостатков.

Главные минусы метода:

• Сложность сохранения постоянного количества биомассы бактерий. Если их будет меньше нормы, сточные воды не очистятся полностью.
• В постройку очистных сооружений нужно вложить много денег. Но со временем затраты окупаются.
• Технологический режим очистки должен строго соблюдаться. При нарушениях эффективность метода значительно снижается.
• Не все органические соединения подлежат переработке. Если в сточных водах есть токсические соединения, их нужно удалить, иначе биомасса погибнет.

Механизм процесса

Для улучшения качества сточных вод используется два метода: аэробная и анаэробная биологическая очистка. В первом случае процесс протекает с помощью кислорода, во втором – без него.

Механизм очистки зависит от выбранного метода и биоценоза.

Технологическая схема аэробной чистки

Агентом выступает биопленка или активный ил.

Это совокупность бактерий, грибов, простейших, представителей микрофауны того или иного рода/группы с заданными характеристиками.

Классическая схема аэробной очистки выглядит так:

1. Сточные воды попадают в анаэробную зону аэротенка-вторичного отстойника. Там они перемешиваются с активным илом.
2. В установку нагнетается кислород, при необходимости вводятся компоненты, способствующие переработке.
3. Происходит два биохимических процесса: окисление органического углерода и нитрификация.
4. Осуществляется один или несколько рециклов: воды снова перемешиваются с активным илом и обогащаются кислородом.
5. Переработанные стоки отстаиваются – происходит гравитационное разделение иловой смеси.
6. Избыточный активный ил поступает на переработку, а часть массы возвращается на исходную позицию.
7. Очищенные воды поступают на доочистку или спускаются в водоем.

Этапы очистки отличаются в разных системах, но суть метода остается той же.

Анаэробной

Этот метод применяется, когда в сточных водах большое количество органических загрязнений, твердых осадков и активного ила. В ходе метаногенеза (так называется процесс анаэробной очистки) загрязнения конвертируются в биогаз, который состоит из метана и углекислого газа.

Технологическая схема классической анаэробной очистки:

Сточные воды попадают в отсек, где происходит метановое брожение. После взаимодействия анаэробных бактерий с загрязнениями образуется метан, углекислый газ, сероводород. Эти газы утилизируются.

Сброженный осадок поступает в следующий отсек, где происходит обезвоживание ила в центрифуге. Затем очищенная вода спускается в водоем.

Обезвоженный ил поступает в барабанную сушилку. Выделившуюся воду утилизируют.

Сухой ил обеззараживается и становится материалом для компостирования.

Помощь микроорганизмов и бактерий

Аэробные бактерии запускают процессы окисления и нитрификации. Для этого им нужен кислород. Микроорганизмы живут в диапазоне температур – от +9 до +28 градусов, рН – 5,0-7,0.

• Псевдомонады – занимают 80% активного ила. Перерабатывают спирты, жирные кислоты, ароматические углеводороды, парафины и другие органические вещества.
• Нитрифицирующие – окисляют соединения азота.
• Серобактерии и тионовые бактерии – перерабатывают восстановленные соединения серы.
• Нитчатые – окисляют соединения углерода.
• Целлюлозоразлагающие – перерабатывают целлюлозное волокно.

В активном иле также встречаются:

1. дрожжи,
2. плесневые грибы,
3. простейшие,
4. коловратки,
5. малощетинковые кольчатые черви.

Анаэробные бактерии не нуждаются в кислороде. Они запускают процессы брожения, аноксигенного окисления и метанообразования.

Группы анаэробных бактерий:

• Гидролитики – отвечают за первую стадию метаногенеза. Бактерии расщепляют белки, жиры, соединения целлюлозы, крахмала, обладают аммонифицирующей активностью. В результате образуется глицерин, жирные кислоты, аминокислоты, пептиды, моно- и дисахариды.
• Ацидогенные – отвечают за вторую стадию метаногенеза. С помощью бактерий происходит маслянокислое, ацетоно-бутиловое, пропионовое, спиртовое брожение. Перерабатываются промежуточные продукты гидролиза.
• Гетероацетогенные – отвечают за третью стадию метаногенеза. Бактерии переводят органические кислоты (масляную, пропионовую) в уксусную кислоту.
• Метаногенные – завершают анаэробную очистку. Микроорганизмы образуют биогаз, перерабатывая водород, углекислый и чадный газ, ацетат, метиламин, метанол.

Состав доминирующей микрофлоры зависит от характеристик стоков.

Системы

Для искусственной аэробной очистки чаще всего используют такие сооружения:

• Аэротенк – резервуар, в котором стоки смешиваются с активным илом. Часто он разделен на несколько камер, где происходят разные этапы биоочистки. Резервуар оснащен аэратором – системой подачи кислорода.
• Биотенк – разновидность аэротенков, в которой специальная загрузка позволяет увеличить общее количество биомассы.
• Биофильтр – бассейн с дренажем на днище. Очистка стоков происходит путем минерализации. Биоценоз – пленка аэробных микроорганизмов.
• Станция биологической очистки – локальное сооружение, которое устанавливается там, где нет возможности провести общесплавную канализацию. Очищенные стоки спускаются в грунт, а отходы используются в качестве удобрения. Станции перерабатывают объем сточных вод от 5 до 1000 куб. м. ЛОС очищают от 98-99% загрязнений.

Процессы анаэробной очистки зачастую проходят в таких традиционных сооружениях:

• Анаэробная лагуна – один или несколько отстойников, где стоки находятся от 1 недели до 2 месяцев. Газы выделяются в атмосферу.
• Септитенк – отстойник закрытого типа, в котором осадок из образовавшихся твердых частиц перегнивает и расщепляется анаэробами.
• Метантенк – конструкция, внешне похожая на септитенк. Но в резервуаре происходит перемешивание, обогрев и контроль основных параметров.

Биопрепараты

Биопрепараты применяют для выполнения таких задач:

• Разложения органики: жиров, углеводов, белков;
• Стимуляции работы активного ила;
• Сокращения объема побочных продуктов в виде осадка;
• Ускорения процесса переработки;
• Снижения показателей биохимического потребления кислорода (БПК, ХПК);
• Наращивания и восстановления активного ила.

Производители выпускают препараты, где сконцентрировано определенное количество штаммов натуральных бактерий.

Каждый биопрепарат содержит разные штаммы микроорганизмов, которые подбираются в зависимости от состава сточных вод.

Популярные биопрепараты:

Название	Цель использования	Цена
Biofos	Очистка бытовых сточных вод	43 р./25 мг
bioExpert BIO STARTER	Стимуляция развития активного ила в септике или выгребной яме	565 р./400 г
Unibac (compost, start, winter, effect)	Очистка бытовых и промышленных стоков, наращивание активного ила	470-750 р./0,5 л.

Доочистка хозяйственно-бытовых стоков

В некоторых случаях после биологического этапа воды должны пройти доочистку.

Это нужно, когда:

• Их планируют спускать в маломощные водоемы, особенно предназначенные для рыбного хозяйства;
• Их будут использовать в промышленности или в бытовых целях.

Распространенный метод доочистки – отстаивание в биопрудах с естественной и искусственной аэрацией. В таких водоемах создаются благоприятные условия для массового развития микроорганизмов, которые расщепляют остатки загрязнений и борются с патогенами.

Несколько месяцев воды отстаиваются в биопрудах, и после удовлетворительного лабораторного анализа поступают в конечный пункт.

Полезное видео

Смотрите интересный видеоматериал, в котором подробно рассказано о процессе очистки сточных вод биологическим методом.

Заключение

Биологическая очистка сточных вод – метод, основанный на возможностях микроорганизмов, при помощи которых можно перерабатывать органические и некоторые минеральные загрязнения.

Особенности процесса:

• Происходит при участии аэробных и анаэробных бактерий;
• Осуществляется в природных или искусственно созданных условиях;
• Метод удаляет 98-99% загрязнений;
• Промышленная очистка стоков проходит в аэро-, био-, метантенках;
• На любом участке можно установить локальные очистные сооружения;
• Для запуска и интенсификации процесса используются биопрепараты;
• Отходы, образующиеся в результате процесса, экологически безопасные;
• Когда к сточным водам предъявляются повышенные требования по химическому составу, они проходят доочистку.

Биологическая очистка – обязательный этап улучшения качества сточных вод. Соблюдение технологий делает процесс безопасным, высокоэффективным и даже полезным для окружающей среды.

Источник