Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Очистка сточных вод




Сточные воды – это воды, отводимые после их использования в бытовой и производственной деятельности человека, имеющие различные отклонения физико-химических и микробиологических показателей от качества природных вод. Сточные воды поступают в канализационную сеть – систему трубопроводов, каналов, лотков и сооружений для сбора и отведения сточных вод и направления их на станцию очистки сточных вод и далее, либо в оборотный цикл водопотребления, либо в водоем. Факторы, обуславливающие очистку сточных вод, представлены двумя видами: разбавление сточных вод и очистка их от загрязнений. Разбавление не ликвидирует воздействие сточных вод, а лишь ослабляет его на локальном участке водоема. Очистка сточных вод – это обработка воды с целью разрушения и удаления из них определенных веществ. Все примеси, содержащиеся в воде, делят на четыре группы:

– взвеси в виде тонкодисперсных суспензий и эмульсий;

– коллоиды и высокомолекулярные соединения;

– газы и органические вещества, растворенные в воде;

– соли, кислоты, основания.

Основной путь – очистка сточных вод от загрязнений, которая представлена механическими, физико-химическими, химическими, биологическими и термическими методами. Выбор метода очистки определяется необходимой степенью очистки и количественными и качественными показателями сточных вод. Они могут быть рекуперационными и деструктивными. Рекуперационные методы представляют систему извлечения из сточных вод ценных веществ, которые вовлекаются повторно в технологический процесс или используются в качестве вторичных ресурсов. Деструктивные методы очистки направлены на разрушение загрязняющих веществ путем их окисления или восстановления, в результате чего образуются осадки или происходит выделение газов. Поступающие в воду загрязнения в результате технологического процесса могут быть растворимыми, нерастворимыми, коллоидными, минеральными, органическими, биологическими. При анализе вредных веществ, поступающих в водный объект, используют совокупность специфических токсикометрических характеристик, в зависимости от которых конкретное вещество относят к определенному классу опасности. Оценку опасности по привкусу и запаху производят с помощью подпороговой органолептической концентрации ППКоргл, которая определяется с помощью органов чувств, а также по показателям подпороговой (максимально недействующей) концентрации: (МНК) и подпороговой (максимально недействующей) дозы (МНД), которая в двадцать раз меньше МНК (МНД = МНК/20) и выражаются в миллиграммах на литр.

 

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Механические
       
   
 
 

Отстаивание Процеживание Фильтрование Центрифугирование

 

Физико- химические Коагуляция Флотация Ионный обмен Экстракция Сорбция Ректификация Дистилляция Дезодорация Обратный осмос Электрохимические
       
   
 

Химические

Нейтрализация Аэрация Барботирование Озонирование Хлорирование
Биологические Биологическое разложение Биохимическое окисление

Термические

 

Класс опасности вещества устанавливается за четыре этапа, при этом определяются еще и другие показатели:

– ПКсан – пороговая концентрация, не влияющая на санитарные характеристики воды в водном объекте;

– ПДотд – пороговая доза по отдаленным эффектам;

– ПДобщ – пороговая доза по общетоксическому действию;

– ЛД50 летальная доза, при которой умирает 50 % испытуемых
тест-организмов.

По полученным числовым значениям указанных критериев устанавливаются четыре класса опасности вещества в воде: 1 класс – чрезвычайно опасные; 2 класс – высокоопасные; 3 класс – умеренно опасные; 4 класс – малоопасные.

2.3. Методы очистки воды.

Чистые сточные воды — это воды, которые в процессе участия в технологии производства практиче­ски не загрязняются и сброс которых без очистки не вызывает нарушений нормативов качества воды водного объекта. Норма­тивы едины и утверждены Правилами охраны вод от загрязне­ния сточными водами, принятыми Минводхозом, Минздравом и Минрыбхозом в 1974 г. В 1996 г. на базе Роскомвода и Роскомнедр было создано Министерство природных ресурсов РФ. При­нят ряд новых законов Российской Федерации, которые значи­тельно меняют сложившуюся нормативно-правовую базу и систему управления и контроля в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.

Загрязненные сточные воды – это воды, которые в процессе использования загрязняются различными компонентами и сбрасываются без очистки, а также сточные воды, проходящие очистку, степень которой ниже норм, установленных местными органами Государственного комитета РФ по охране окружающей среды. Сброс этих вод вызывает нарушение нормативов качества воды в водном объекте.

Практически всегда очистка промышленных стоков – это комплекс методов. Наиболее широко используется комбинация механической очистки, нейтрализации промышленных стоков, или реагентной очистки, и биохимической очистки. Эти операции осуществляются практически во всех комплексах очистных сооружений, в том числе и на станциях аэрации при очистке бытовых (канализационных) стоков. Рассмотрим их подробнее.

1. Механическая очистка стоков

Сюда относятся отстой сточных вод в специальных отстойниках, в которых происходит оседание взвешенных частиц на дно отстойников; сбор нефтепродуктов, и других нерастворимых в воде жидкостей, с поверхности стоков устройствами типа механических рук и, наконец, фильтрация через слой песка примерно 1,5-метровой толщины. Нерастворимые примеси выделяют из сточных вод с помощью механических методов очистки, основанных на использовании сил гравитации и адгезии: фильтрация, отстаивание, флотация. Для этих целей применяют различное оборудование: решетки, сетки, песколовки, гидроциклоны; вертикальные, радиальные, трубчатые, пластинчатые отстойники; системы фильтров и сит; нефтеловушки, пруды-осветлители. Очистка воды от примесей, способных образовывать устойчивые коллоидные системы осуществляется путем введения в очищаемую воду электролитов, изменения состава и концентрации дисперсной фазы, наложения электромагнитных и ультразвуковых воздействий. Газы и органические вещества хорошо извлекаются из воды при аэрировании, окислении, адсорбции. Наиболее распространенным является метод адсорбционной очистки с применением активных углей.

2. Химическая, или реагентная, очистка

Соли, кислоты, основания, представляющие собой электролиты, удаляют из воды переводом ионов в малорастворимые и слабо диссоциированные соединения путем обработки соответствующими реагентами.

а) Один из видов обработки сточных вод проводится с помощью реакции нейтрализации. Нейтрализация – химическая реакция, ведущая к уничтожению кислотных свойств раствора с помощью щелочей, а щелочных свойств раствора – с помощью кислот.

Поскольку химическая природа отходов может быть различной,
то для нейтрализации одного вида отходов необходимо умень­шить кислотные свойства, а для другого вида отходов – щелоч­ные свойства. О степени кислотности или щелочности раствора судят по величине водородного показателя рН. Значение вели­чины рН растворов различных веществ колеблется от 0 до 14. Значения рН от 0 до 7 свидетельствуют о наличии кислотной среды.

Чтобы контролировать реакцию нейтрализации, надо знать, какое количество кислоты или щелочи следует добавить в раствор для получения необходимого значения рН. Для этого использу­ют метод титрования, и по объему израсходованного титранта (раствора кислоты либо щелочи) вы­числяют количество определяемого вещества.

Самую простую систему очистки на основе реакции нейтрали­зации можно представить в виде измельченного известняка, на который вылили раствор кислоты, а осадок собрали в отстойник.

б) Применяется и обработка сточных вод с помощью реакций окисления-восстановления. Любая реакция окисления-восстановления есть одновременное окисление одних компонентов и восстановление других. Наибо­лее распространенные окислители и восстановители: кислород, озон, хлор, перманганат калия, дихромат калия. Одним из важнейших окисляющих агентов является хлор, поэтому большинство химических операций со сточными вода­ми начинается с хлорирования, чтобы высокотоксичный хлор к концу реагентной обработки полностью удалялся из воды. Окислительно-восстановительные реакции используются для превращения токсичных веществ в безвредные и для обеззараживания сточных вод. Сточные воды, содержащие тяжелые металлы, цианиды, сульфиды и ряд других примесей, могут подвергаться очистке с помощью озона, который активно окисляет подобные соединения.

4. Обеззараживание воды

Последней стадией подготовки воды для питьевых и других нужд является ее обеззараживание, т. е. избавление от болезне­творных микроорганизмов, так как хорошо известно, что через воду могут распространяться такие страшные заболевания, как холера, брюшной тиф, инфекционный гепатит и др. Многие го­ды обеззараживание воды осуществляли с помощью обработки ее хлором. Однако стало известно, что полихлорированные бифенилы являются ядами, их находят в основном в жирах. Окис­ляясь, они образуют абсолютные яды – диоксины. Летальная доза диоксинов в организме для свиней, которые являются тест-объектами – 10 мкг/кг веса.

Это привело ученых к выводу, что хлорирование может быть вредным. Во многих странах в 80-е годы перешли к обработке воды фторированием, но оказалось, что оно тоже вредно. Поэтому во всем мире отдают предпочтение обработке воды озонированием.

Выбор оптимальных технологических схем очистки сточных вод определяется как многообразием примесей, содержащихся в ней, так и требованиями, предъявляемыми к качеству очищенной воды. При разработке систем очистки необходимо учитывать следующие показатели: ПДС (предельно допустимые сбросы) и ПДК (предельно допустимые концентрации веществ), если технологической схемой предусмотрен сброс очищенных вод в природный водоем. В случае использования схемы оборотного водоснабжения промышленных предприятий необходимо учитывать требования к качеству воды для осуществления конкретных технологических процессов. Применяемые схемы очистки должны обеспечивать максимальное использование очищенных сточных вод в технологическом процессе получения продукции и минимальный их сброс в открытые природные водоемы.

Таким образом, удаление из сточных вод тонкодисперсных примесей в виде взвешенных частиц, растворимых газов, минеральных и органических веществ осуществляется физико-химическими методами: коагуляцией, флокуляцией, флотацией, адсорбцией, ионным обменом, мембранной фильтрацией, экстракцией, электрохимическими методами, нейтрализацией, окислением, восстановлением.

3. Биохимическая очистка

а) Аэробная биохимическая очистка – минерализация органического вещества промышленных или бытовых стоков, происходящая в результате его окисления в результате жизнедеятельности аэробных микроорганизмов (минерализаторов) в процессе использования ими органических веществ в качестве источника углерода в условиях интенсивного потребления микроорганизмами растворенного в воде кислорода. Например, по реакции полного окисления глюкозы С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О, результатом которой является выделение углекислоты и воды.

Органические соединения сточных вод разрушаются под действием бактерий, если для по­следних созданы соответствующие условия, т. е. своевременно подается кислород и среда оказывается благоприятной для развития микроорганизмов. В качестве среды обычно используют песчаный слой толщиной 1,5 м. Доступ кислорода обеспечивается с помощью вентиляции или путем естественной тяги. Сточные воды сливаются на грунт только в течение 6 часов, а остальные 18 часов отводятся на биохимические процессы. Культура микробов развивается в верхних слоях песка.

Этот метод очистки, названный методом капельной фильтрации, впервые использован в прошлом веке (1866 г.) в Лондоне. Метод позволяет при использовании 1 га песчаной почвы очистить 1,038·106л/с. сточных вод, следовательно, Лондону в 1866 г. для очистки 1,57·109 л/с. сточных вод необходимо было иметь 810 га подходящих земель. Это слишком большая площадь.

Усовершенствование метода капельного фильтра — перколяционный фильтр – разбрызгивание сточных вод на пласт щебня. Наиболее широко система с перколяционным фильтром стала применяться, когда были достигнуты успехи в области получения пластмасс с заданными свойствами. В современных системах очистки накопление бактериального материала осуществляется на; пластмассовых дисках, смонтированных на вращающейся оси. Диски наполовину погружены в сточные воды, по мере их вращения бактерии периодически снабжаются питательной средой и кислородом. Сейчас метод капельного фильтра используют только при условии дешевой земли и мягкого климата.

Наиболее универсальным способом обработки сточных вод является обработка активным илом. Сточные воды смешивают с илом, образовавшимся в результате предварительного окисления вод, поэтому способ и получил такое название.

Как известно, ил представляет собой огромную популяцию различных бактерий, грибков и другой флоры, добавление кото­рой к сточным водам приводит к быстрому установлению рав­новесия, способствующего разложению органических веществ, в результате которого образуются СО2 и Н2О. По существу авторы нового способа обработки изменили естественный биологиче­ский цикл таким образом, что скорость потребления питатель­ного вещества (т. е. скорость разложения органического вещества) увеличилась в несколько порядков. Дальнейшее усовер­шенствование этого способа связано с разработкой методов надлежащего ухода и питания используемой популяции микро­организмов.

Активный ил представляет собой аморфный коллоид с поверхностью 100 м2 сухого вещества, имеет вид буро-желтых мелких хлопьев размером 3–150 мкм, взвешенных в воде. В 1 г сухого ила содержится от 108 до 1012 бактерий. При этом определенный вид бактерий способен окислять определенные вещества.

Бактерии, входящие в состав активного ила, способны пере­рабатывать только те сточные воды, из которых сформировался данный биоценоз активного ила. Поэтому, если в состав очищаемых промыш­ленных стоков будут введены новые вещества, например при изменении технологии производства, то потребуется время, что­бы бактерии, способные окислить именно эти вещества, раз­множились в достаточном количестве и смогли обеспечить наилучшую очистку.

Иногда даже приходится завозить на вновь создаваемое предприятие активный ил с другого предприятия, где очищаются аналогичные по составу воды и где в активном иле распространены нужные виды бактерий.

Обычно концентрацию активного ила поддерживают равной 2–4 г/л. В ходе очистки активный ил время от времени выводят из очистных сооружений, так как его количество растет. Часть его при этом используется в качестве ценного удобрения, если нет тяжелых металлов, часть стабилизируют, т. е. обрабатывают избытком кислорода для удаления всевозможной органики, пре­дотвращая, таким образом гниение. Часть поступает на анаэроб­ное разложение. Аппаратура для аэробной биохимической очистки представляет собой так называемый аэротенк, или окситенк (рис. 4.5).

б) Анаэробная биохимическая очистка

В случае, если БПК намного выше нормы, а также для удаления избытка активного ила и отходов сельскохозяйственных продуктов применяют анаэробную биохимическую очистку в метантенках (реактор с мешалкой и теплообменником). При этом источником кислорода в воде служат группы кислородосодержащих анионов:

В основе метанового брожения лежит способность сообществ определенных микроорганизмов в ходе жизнедеятельности сначала в фазе кислого водородного брожения с помощью бактерий гидролизовать сложные органические соединения до более про-стых, а затем с помощью метанообразующих бактерий превращать их в метан и в угольную кислоту.

Процесс окисления—восстановления — это переход электронов от субстрата-донора к конечному акцептору. Для аэробной реакции конечным акцептором является кислород, а при ферментации (анаэробной очистке) — органическое соединение, образующееся в результате «простого перемещения» водорода из одной органической молекулы в другую:

С6Н,2О6 = ЗСН3СООН + 15 ккал;

2СН3СООН = 2СН4 + 2СО2.

Образующийся газ состоит из метана (65%) и СО2 (33%) и может быть использован для нагрева до 45–55°С в самом метантенке, где происходит анаэробное брожение. Сброженный осадок имеет высокую влажность (95—98%), его уплотняют, сушат, затем используют в качестве удобрения или, если есть токсичные примеси, сжигают.

 

 

Отходящие газы
Отходящие воды


         
 
Подача сточных вод
 
 
Подача воздуха
   
Рис. 4.5.Принципиальная схема окситенка  


Биологические методы очистки сточных вод применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических (сероводорода, аммиака, сульфидов, нитритов и других) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов и простейших использовать перечисленные вещества для питания в процессе их жизнедеятельности.

Биологическая очистка сточных вод может осуществляться в аэробных условиях, и тогда процесс называется биохимическим окислением, при очистке в анаэробных условиях происходит биологическое разложение. В соответствии с «доктриной катаболической безотказности микробов», любое органическое соединение, имеющееся в природе, используется какими-либо микроорганизмами. Органические вещества неприродного происхождения, содержащиеся в сточных водах, также являются источником углерода для микроорганизмов. Утилизация сложных органических соединений в сточных водах происходит на клеточном уровне, с использованием процессов метаболизма бактерий активного ила, в соответствии с биохимическими реакциями с помощью ферментов. При этом наличие индуктивных ферментов в клетках микроорганизмов, которые необходимы для метаболизма, в данных условиях обеспечивает их приспособляемость к потреблению различных органических соединений неприродного происхождения.

Биохимическое окисление требует наличия растворенного в воде кислорода и по своей сути представляет собой модель, протекающего в природе естественного процесса самоочищения водоемов. Очистка сточных вод осуществляется в процессе окисления органических примесей до безвредных соединений и углекислого газа в результате жизнедеятельности биоценоза, формирующегося из бактерий и простейших микроорганизмов. Качественный состав биоценоза – активного ила – зависит от состава, химической и физической природы примесей, содержащихся в сточной воде, и образуется в естественных и искусственных условиях. В естественных условиях используют специально подготовленные участки земли (поля орошения и фильтрации) или биологические пруды, в которых происходят процессы самоочищения практически за счет естественного активного ила. Интенсивность и эффективность биологической очистки сточных вод определяется скоростью размножения бактерий и зависит от следующих процессов потребления ими органических веществ:

– массопередачи органического вещества и кислорода из жидкости к поверхности клетки;

– диффузии вещества и кислорода через полупроницаемую мембрану;

– скоростью метаболизма диффундированных продуктов, сопровождающимся приростом биомассы, выделением энергии и газовыделением.

Наиболее близок к естественным процессам самоочищения процесс очистки, происходящий в биологических прудах. В этом случае используются естественные популяции бактерий и водорослей водоемов. Бактерии используют кислород, который выделяют водоросли в процессе фотосинтеза, а также кислород воздуха для окисления органических примесей сточных вод, а водоросли осуществляют свою жизнедеятельность за счет продуктов метаболизма бактерий (двуокиси углерода, аммонийного азота, фосфатов и др.), которые выделяются при биохимическом разложении органических веществ. Поля фильтрации, поля орошения и биофильтры осуществляют очистку за счет почвенных биоценозов. Для интенсификации процессов биохимического окисления органических примесей используются искусственные сооружения: аэротенки, окситенки, биологические фильтры. Очистка сточных вод в этом случае осуществляется с помощью биоценозов водоемов, т.е. активного ила, с дополнительной подачей воздуха или чистого кислорода. При этом активная биомасса может находиться во взвешенном состоянии в обрабатываемой сточной воде (аэротенки, окситенки) либо закрепляется на неподвижном материале (по типу иммобилизованных ферментов), а сточная вода обтекает его тонким пленочным слоем (биофильтры). В аэротенках применяются различные системы аэрации (механическая или пневматическая) для насыщения обрабатываемой смеси кислородом воздуха, перемешивания и поддержания во взвешенном состоянии активного ила. Из аэротенков очищаемая вода вместе с активным илом поступает во вторичный отстойник, где происходит разделение активного ила и сточной воды. Активный ил, осевший на дно, с помощью илососов отводится в резервуар для дальнейшей обработки и утилизации, а очищенная сточная вода поступает либо в оборотную систему предприятия, либо на доочистку, обезвреживание, обеззараживание и далее в биопруды и водоемы. Активный ил является продуктом окисления органических примесей, в результате этого процесса происходит постоянный прирост его биомассы. Для осуществления процесса биоокисления необходимо постоянно выводить избыток активного ила, часть которого возвращается в аэротенк. Таким образом, за счет постоянного подсева создавшегося активного биоценоза, в аэротенке поддерживается постоянная концентрация биомассы активного ила и его качественный состав. Эффективность работы активного ила зависит от температуры, реакции среды, концентрации биогенных элементов (азота, фосфора, калия, магния, железа и микроэлементов). Поэтому в производственном цикле осуществляется постоянный контроль качества воды, поступающей на очистку, т.е. определяется рН, содержание токсичных веществ, ХПК, БПК, температура, содержание азота, фосфора и др. элементов. По этим же показателям проводится контроль работы очистных сооружений, однако в этом случае важным показателем является микробиологический состав и свойства активного ила. Концентрация биомассы активного ила составляет 2…5 г/л, расход воздуха – 5 …15 м3 на 1 м3 сточной воды, нагрузка по органическим загрязнениям – 400…800 мг БПК на 1 г беззольного активного ила в сутки. При этих условиях обеспечивается полная биологическая очистка. В зависимости от профиля производственного процесса комплексы очистных сооружений, в состав которых входят аэротенки, имеют производительность от нескольких десятков до 2…3 млн м3 сточных вод в сутки. Для очистки сточных вод в очистных системах используются различные технические приемы, но, в принципе, в них заложены одни и те же основные этапы:

– удаление относительно легко осаждаемых твердых частиц в пескоуловителе и первичном отстойнике

– микробиологическое окисление растворенных органических веществ с применением активного ила или с использованием биофильтра;

– инкубация осадка, удаленного из первичного и вторичного отстойников, в анаэробных условиях в метантенке, где в результате брожения образуется метан и выпадает осадок. Осадок используется в качестве компостированного удобрения или сжигается. Принципиальная схема механической и биологической очистки сточных вод представлена на рисунке 14.

 

8

Рисунок 14 – Общая схема очистки сточных вод

1 – необработанные сточные воды; 2 – устройство для регулирования состава и расхода сточных вод; 3 – сооружения технической очистки;

4 – сооружения других групп очистки; 5 – сооружения глубокой очистки;

6 – сооружения по обеззараживанию сточных вод; 7 – осадок или избыточная биомасса; 8 – очищенные сточные воды; 9 – сооружения по обработке осадка; 10 – обработанный осадок

При использовании чистого кислорода в процессе аэрации аэротенки называют окситенками. Интенсивность процесса окисления в окситенков оказывается выше, чем у аэротенков в 5-6 раз. Этот способ целесообразно использовать на предприятиях, где имеется собственный технический кислород, или он может быть получен с соседних химических предприятий. Пpoцecc очистки сточных вод в аэротенках весьма сложен, требует по­стоянного контроля и управления. Управлять процессом биологической очистки можно, изменяя концентрацию актнвного ила в аэротенке, режим аэрации, а также поддержанием оптимальных концентраций загрязняющих веществ в сточных водах, подачей в них биогенных веществ, подбором соответствующих загрязнителей, групп микроорганизмов и другими способами.

Для аэробной очистки также применяют биофильтры. Это сооруже­ния, в корпусе которых размещается кусковая насадка и предусмотрены распределительные устройства для сточной воды и воздуха. В биофильтpax сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытой пленкой микроорганизмов, которые окисляют органические вещества, используя их для удовлетворения физиологических нужд. Таким образом, из сточной воды удаляются органические соединения, а масса активной биопленки увеличивается. Отработанная биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра. На процесс очистки в биофильтре значительное влияние оказывает температура внешней среды. Биохимнческие процессы протекают с выделением тепла, биофильтры сами себя обогревают, а крупные установки, защищенные от потери тепла, работают при небольших морозах (до – 6 0С). Биофильтры имеют много недостатков. Управлять процессом очистки в них можно только, регулируя подачу воды, они заиливаются, резко падает их окислительная способность; в процессе работы биофильт­ра часто возникают неприятные запахи; в них «водятся неспецифические организмы, в частности личинки мух, которые разрыхляют биопленку.

Аэротенк представляет собой открытую водную систему, в которой происходит биохимическое превращение веществ в момент смешения сточной жидкости с активным илом и в течение всего процесса очистки. Биохимическое превращение веществ, загрязняющих сточные воды, микроорганизмами активного ила обусловлено процессами обмена веществ бактерий и простейших, их типом питания и дыхания. Активный ил представляет собой экосистему, состоящую из сложного комплекса микроорганизмов различных классов, простейших микроскопических червей, водорослей. Биоценоз активного ила формируется преимущественно гетеротрофными микроорганизмами, особенностью которых является способность усваивать углерод из готовых органических соединений самой различной химической структуры. Количественное и качественное формирование экосистемы диктуется искусственными условиями существования.

Микрофлора активных илов, очищающих многокомпонентные сточные воды химических производств, различна и зависит от состава очищаемых стоков, технологического режима аэротенков и условий эксплуатации всего комплекса очистных сооружений. Например, сточные воды со сложным химическим составом производства капролактама обуславливают формирование активного ила в виде комплекса микроорганизмов разных систематических единиц с преобладанием микроорганизмов класса бактерий (70% от общего количества), из них,
в %: 40 – псевдомонас, 12 – бактерии, 12 – бациллы и 6 – хромобактерии. Остальные 30% микроорганизмов активного ила – представители классов грибов и актиномицетов. Наличие азота в сточных водах стимулирует метаболическую активность нитрифицирующих бактерий активного ила, которые в аэробных условиях окисляют аммонийный азот до нитратов. В производственных и хозяйственно-бытовых сточных водах азот встречается в виде аммиака, нитратов, нитритов, карбамида, а также в органических азотсодержащих соединениях природного и неприродного происхождения. Органические соединения предварительно расщепляются с высвобождением аммиака. Присутствие азота в сточных водах стимулирует метаболическую активность нитрифицирующих бактерий активного ила, которые в аэробных условиях окисляют аммонийный азот до нитратов. Восстановление нитратов (денитрификация) происходит с помощью бактерий-денитрификаторов только в анаэробных условиях или при низких концентрациях кислорода. Появление бактерий-денитрификаторов в составе активного ила аэротенка свидетельствует о дисбалансе в соотношении органических веществ и растворенного кислорода, активный ил при этом всплывает на поверхность, биомасса активного ила пронизана пузырьками воздуха, активный ил выносится в водоем. Сточные воды ряда химических производств содержат окисленные соединения серы в виде сульфатов. Гетеротрофные микроорганизмы активного ила могут подвергать метаболизму сульфаты с дальнейшим включением серы в клеточный материал. При недостатке кислорода ряд обычных бактерий – Proteus, E.coli, и специализированные анаэробы – превращают сульфаты в сероводород. О присутствии этих групп бактерий в активном иле свидетельствует запах сероводорода и темный цвет активного ила, так как сернистый водород вступает в реакцию с железом, присутствующим в сточной воде, образуя сульфиды, которые и окрашивают активный ил в синий или черный цвета.

Активный ил эффективно работающего аэротенка имеет серовато-коричневатый цвет, визуально структура его представлена небольшими комочками биомассы, так называемой зооглейной структурой микробных ассоциаций, которая равномерно распределяется в водной среде и быстро оседает, образуя прозрачную надиловую жидкость и пластичный осадок. В неблагоприятных условиях обитания (перегрузка, залповые сбросы, голодание) осадок активного ила теряет пластичность и коллоидную структуру, надиловая жидкость приобретает стойкую мутность. В этом случае зооглейная структура активного ила обусловлена слипанием бактерий, простейших, коловраток. А в неблагоприятных условиях обитания она приобретают рыхлость, исчезают простейшие и коловратки, появляется масса свободно плавающих бактерий. Характеристика состояния активного ила представлена в таблице 2.

 

Таблица 2 - Степень относительного развития различных групп простейших и коловраток при различной работе очистных сооружений

 

Характеристика работы биоокислителя Группы организмов
Амеба Бесцветные жгутиковые Инфузории Коловратки
Плохая Преобладают Отсутствуют
Неудовлетворительная Преобладают Мало
Удовлетворительная (нитрификация слабая) Единичные экземпляры Преобладают равноресничатые Преобладают
Хорошая (нитрификация хорошая) Отсутствуют Преобладают круглоресничатые и брюхоресничатые   То же
           

 

Восстановление всех свойств активного ила происходит при прекращении влияния отрицательных факторов, показателем этого процесса является качественное и количественное возрождение микронаселения активного ила. Основные представители микрофлоры активного ила представлены на рисунках 15–37 и в таблице 3.

К физическим свойствам активного ила, характеризующим его качество, относится способность ила к оседанию. Она выражается показателем илового индекса, который представляет собой отношение объема активного ила в миллилитрах после 30-минутного отстаивания к 1 г сухого вещества при разбавлении иловой смеси до 1 г/л. Величина илового индекса зависит от нагрузки на ил, хорошим является индекс не более 100. Превышение этого показателя свидетельствует о неблагоприятных, нестабильных условиях работы аэротенка.

Количественные закономерности формирования экосистемы активного ила диктуются, в основном, технологическим режимом работы аэротенков. Как правило, общее количество микроорганизмов в сооружениях прямо пропорционально их окислительной мощности. Качественный и количественный состав микрофлоры активного ила, очищающего сточные воды химического производства, а также биохимические свойства бактерий, определяющие величину удельной скорости окисления активного ила, зависят от условий его обитания, являются управляемыми параметрами и формируются в зависимости от управляющих параметров: химического состава сточных вод, постоянства концентраций основных загрязняющих специфических веществ и оптимальных параметров технологического режима.

 

 

Таблица 3 – организмы, обнаруженные в аэротенке при различных режимах работы очистных сооружений.

 

№ рисунка Название организма Режим работы
26 Flagellatae Trepomonas Steini Oicomonas Socialis Opercularia coarctata Opercularia glomerata Rhabdostyla ovum Oxytricha pellionella Amoeba limax Pamphagus hyalinus Paramaecium caudatum Vorticella alba Arcella discoides Euglypha alveolata Euglypha laevis Aktinophrys vesiculata Euplotes charon Euplotes patella Aspidisca costata Aspidisca turrida Coleps hirtus Psyhoda (куколка мушки) Podura Водный клещ   Неудовлетворительный и плохой   Хороший, при наличии обеих фаз нитрификации

 

 

 
 

 

 


 

Рисунок 15

Рисунок 16 Рисунок 17

 

 

 
 

 

 


Рисунок 18 Рисунок 19 Рисунок 20

 

 

 

Рисунок 21 Рисунок 22 Рисунок 23 Рисунок 24

 

 
 

 


Рисунок 25 Рисунок 26 Рисунок 27 Рисунок 28 Рисунок 29

 

 
 

 

 


Рисунок 30 Рисунок 31

 
 

 


Рисунок 32 Рисунок 33 Рисунок 34

 

 
 

 

 


Рисунок 35 Рисунок 36 Рисунок 37

 

 

Однако не всякие сточные и природные воды могут быть очищены биохимическими методами. Нормы на содержание вредных веществ в сточных и природных водах, поступающих на биологические очистные сооружения, по некоторым металлам следующие: А13+- 5 мг/л; Fе3+ — 5 мг/л и др. Не все органические вещества разлагаются на станциях биохимической очистки. Так, практически не разрушается бензин, красители, мазут и др. Эффективность биохимической очистки на самых современных установках составляет 90% по органиче­ским веществам и лишь 20–40% – по неорганическим, т. е. практически не снижается солесодержание. Не могут быть очи­щены воды, содержащие более 1000 мг/л фенолов, 300–500 мг/л спиртов, 25 мг/л нефтепродуктов, т. е. для многих случаев эти методы неэффективны. В среднем эффективность анаэробного метода составляет около 40%.

Необходимо искать такие способы ликвидации отходов, ко­торые дают возможность получать полезные продукты, напри­мер, дрожжи для выпечки хлебобулочных изделий и для произ­водства этилового спирта или для превращения отходов, обра­зующихся при переработке древесной пульпы, в полезный продукт.

Биологическая очистка не может обеспечить обессоливания сточных вод. Как известно, вода питьевого качества должна содер­жать не более 1000 мг/л солей, из них: хлоридов — 350 мг/л, суль­фатов — 500 мг/л. Необходимую в технических целях пресную воду получают методами выделения солей из сточных и природных вод.

б) Анаэробная биохимическая очистка

В случае, если БПК намного выше нормы, а также для удаления избытка активного ила и отходов сельскохозяйственных продуктов применяют анаэробную биохимическую очистку в метантенках (реактор с мешалкой и теплообменником). При этом источником кислорода в воде служат группы кислородосодержащих анионов:

В основе метанового брожения лежит способность сообществ определенных микроорганизмов в ходе жизнедеятельности сначала в фазе кислого водородного брожения с помощью бактерий гидролизовать сложные органические соединения до более про-стых, а затем с помощью метанообразующих бактерий превращать их в метан и в угольную кислоту.

Процесс окисления-восстановления – это переход электронов от субстрата-донора к конечному акцептору. Для аэробной реакции конечным акцептором является кислород, а при анаэробной очистке – органическое соединение, образующееся в результате «простого перемещения» водорода из одной органической молекулы в другую, как например в реакции метанового брожения глюкозы:

С6Н,2О6 = ЗСН3СООН + 15 ккал;

2СН3СООН = 2СН4 + 2СО2.

Образующийся газ состоит из метана (65%) и СО2 (33%) и может быть использован для нагрева до 45–55°С в самом метантенке, где происходит анаэробное брожение. Сброженный осадок имеет высокую влажность (95–98%), его уплотняют, выделяют путем фильтрации (флотации), сушат, затем используют в качестве удобрения либо, если есть токсичные примеси, сжигают,


5. Специальные методы очистки воды

Существует много специальных методов выделения солей из природных и сточных вод.

а) Дистилляция (выпаривание) — хорошо освоенный
и широко применяемый метод. Мощность выпарных установок
составляет 15—30 тыс. м3 в сутки. Одни из самых мощных вы­
парных установок располагаются на предприятиях атомной
энергетики, где необходимо опреснение морской воды, напри­мер, в г. Шевченко (реактор на быстрых нейтронах). Основным
недостатком этого способа является большой расход энергии —
0,020 Гкал/т. Опреснительные установки невелики по мощ­ности (< 20 м3/с), а стоимость опреснения велика.

б) Вымораживание. При медленном охлаждении со­леной воды из нее в первую очередь выделяются кристаллики
льда, практически не содержащие солей. По сравнению с дистилляцией вымораживание имеет энергетические, технологиче­ские, конструкционные преимущества.

в) Мембранный метод. Это электродиализ и гиперфильтрация, или обратный осмос. Электродиализ — совре­менный метод деминерализации и концентрирования растворов.
Основан на направленном переносе ионов диссоциированных
солей в поле постоянного тока через ионселективную мембрану
из естественного или синтетического материала. Схема электро­диализа представлена на рис. 4.6. За рубежом этот метод полу­чил широкое распространение для обессоливания морской воды.
Например, установка в Ливии на 20 тыс. м3/с, в США — на
400 тыс. м3.


Рис. 4.6. Схема электродиализа


Метод обратного осмоса — это процесс разделения водных растворов путем их фильтрования через полупроницаемую мембрану под действием давления выше осмотического (до 6–8 МПа).

Процесс характеризуется небольшими энергозатратами. За рубежом освоено производство установок производительностью до 1 тыс. м3/с. У нас работают установки меньшей мощности, но есть разработки и проекты на большие мощности. Основные трудности этих методов — в создании полупроницаемых мембран и давления.

г) Ионный обмен. Метод широко применяется во всех странах мира. До настоящего времени этот метод является основным для приготовления глубоко обессоленной воды для АЭС и ТЭС с котлами сверхвысокого и критического давления. Кроме того, метод ионного обмена широко используется в водооборотных циклах на предприятиях для концентрирования и извлечения из сточных вод ценных компонентов (например, тяжелых металлов).

Основной недостаток общепринятых технологических схем ионного обмена — избыток растворов солей после регенерации ионообменных фильтров. Велик расход воды на собственные нужды (20—60% от производительности). Существует необходимость удаления органических веществ, чтобы избежать отравления ионитами. Поэтому ионный обмен с большим допущением можно назвать методом обессоливания сточных вод, скорее это техно­логический прием получения воды высокой степени очистки.

Очень широкое применение этот метод нашел в практике умягчения воды, т. е. избавления ее от солей постоянной жесткости.

6. Удаление остаточных органических веществ

После биохимической очистки могут остаться органические вещества, плохо усваиваемые микроорганизмами. Лучший способ их удаления — адсорбция активированным углем, который затем регенерируется при нагревании.

Обычно сточные воды пропускают через колонки с активированным углем, где обеспечен контакт с ним в течение 20—40 мин.

Адсорбция активированным углем эффективна для большин­ства органических соединений и используется для очистки бы­товых стоков, жидких отходов перегонки нефти, фенолов и других ароматических соединений.

Вопросы для самоконтроля.

1. Дайте определение и характеристику сточных вод.

2. Охарактеризуйте основные методы очистки сточных вод.

3. Перечислите стадии технологической схемы очистки сточных вод.

4. Основные принципы биологической очистки сточных вод.

5. Аэробная и анаэробная биологическая очистка стоков.

Тема 9







Дата добавления: 2014-12-06; просмотров: 2887. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2019 год . (0.034 сек.) русская версия | украинская версия