Аэробные микроорганизмы, для своего существования, требуют кислорода. Чтобы повысить эффективность очистки сточных вод, необходимо создать соответствующие условия в установках, внедрив системы аэрации.
Биологическая очистка сточных вод
На предприятиях, фермерских хозяйствах и в других производственных сферах очистка сточных вод определяется как одна из ключевых задач. Без адекватной очистки сточные воды могут настолько загрязнить водные ресурсы Земли, что жизнь людей окажется под угрозой. В данном процессе особое внимание уделяется биологической очистке.
Что это такое?
Биологическая очистка сточных вод представляет собой многоступенчатый процесс, во время которого удаляются потенциально опасные вещества, химикаты и реагенты из сточных вод. Это достигается путём их разложения с помощью специально микроорганизмов, таких как бактерии и другие одноклеточные организмы. Процесс биоремедиации служит этапом, заменяющим механические и химико-физические методы в общем процессе очистки.
Суть данного процесса заключается в разложении органических веществ до простых газов, таких как углекислый газ, водород, оксиды азота, аммиак и сероводород. Органические композиты, включая метан, а также метанол, уксусную кислоту и ацетон, образуются в процессе разложения. Источником пищи для микроорганизмов служат органические вещества, среди которых жиры, углеводы и неразложенные белки, что обуславливает их жизнедеятельность при этом.
Сточные воды, как упоминалось ранее, содержат высокие концентрации аминокислот, нитратов и аммиака. Азот, который получается из этих реагентов, играет жизненно важную роль для существования одноклеточных организмов. Кроме азота, бактерии и простейшие извлекают из органики также фосфор и калий.
При увеличении количества азота, фосфора и калия в сточных водах, микроорганизмы начинают функционировать гораздо быстрее, что приводит к гораздо более тщательной очистке.
Основные методы
На естественном уровне (без вмешательства человеческой деятельности) сточные воды небольшого объема имеют низкую концентрацию загрязняющих веществ и со временем подвержены саморазложению. Однако с каждым годом высокий уровень разработки различных отраслей человеческой экономики приводит к образованию сточных вод, объемы которых многократно превышают те, что генерировались в прошлом. Существуют различные методы очистки сточных вод, среди которых механические, физико-химические и биологические.
При механическом методе очистки применяются решетки, сита и фильтры. Например, решетка и сито используются для улавливания крупных загрязнений и крупных песчинок. Пескоуловитель, как специальный контейнер, служит для осаждения мелкого песка на дно. Фильтры способны задерживать мелкие частицы (такие как глина, суглинок и ил), которые остаются во взвешенном состоянии более часа, а также шлак и нерастворимые соли. Благодаря этому и происходит частичное удаление нерастворимых солей.
Одним из известных способов в рамках физико-химической очистки является метод липотрапа. Поскольку масла и жиры легче воды, они скапливаются на поверхности, позволяя очищенной от капель жидкости опускаться на дно. Для удаления растворимых солей и некоторых органических веществ в сточные воды добавляются специальные реагенты, которые реагируют с данными примесями, формируя нерастворимые осадки. Например, растворимый в воде оксид железа может быть раскислен при добавлении воздуха или кислорода. Окисленное железо в результате выпадает в осадок или фильтруется. В рамках химико-физического процесса сточные воды должны оставаться в отстоя в течение длительного времени, пока не будут удалены все нерастворимые реагенты и масляная пленка.
Электролиз также типичен для химико-физического процесса: соли, кислоты и щелочи, которые могут присутствовать в сточных водах, реагируют с металлами на поверхности электродов, превращаясь в нерастворимые соли, которые выпадают в осадок или всплывают.
И наконец, биоочистка сточных вод представляет собой селективную реакцию одноклеточных организмов на определённые загрязнители. Например, генетически модифицированные бациллы, относящиеся к типу одноклеточных экстремофилов, способны разлагать фекалии и мочу на более простые составные элементы.
Естественные
Для естественной очистки сточных вод применяются природные процессы, происходящие в почве, воде и растительности. Загрязняющие вещества связываются с ними, превращаясь сначала в минералы, а затем в менее опасные аналоги или переносятся в более безопасные среды.
В качестве примера можно привести переработку нефти в океанической среде, где обитает разнообразие известных культур простейших. Суть процесса в том, что разливы нефти со временем распадаются на летучие и газообразные углеводороды. Однако обратной стороной этого явления является парниковый эффект, приводящий к повышению среднегодовой температуры на протяжении 20 лет. Один из примеров — метан разлагается в десятки раз медленнее по сравнению с углекислым газом, который преобразуется в кислород растениями.
Искусственные
То, что не в силах сделать природа, или процессы, требующие тысячи или миллионы лет, перерабатывается с использованием технологий и технических средств, созданных человеком. Основная задача заключается в введении специально выращенных микроорганизмов в сточные воды очистных сооружений, как с доступом кислорода, так и без доступа к нему. Эти микроорганизмы содержатся при оптимальных температурных режимах и с давлением, близким к атмосферному.
Биологические очистные сооружения
Процесс биологической очистки заключается в уничтожении отходов с помощью микроорганизмов, которые удаляют из сточных вод вредные соединения, преобразуя их в неорганические вещества. В результате этого процесса образуется осадок и выделяются такие вещества, как H2O, CO2 и CH4. Искусственно созданные бактерии и микроорганизмы используют загрязнения и отходы сточных вод для своего существования и метаболизма. Конверсия органического материала приводит к уменьшению загрязненности и увеличению массы активного ила. Активный ил, в свою очередь, способствует тому, что процесс очистки становится безопасным, простым, а также не требует применения дополнительных реагентов. В рамках биологической очистки оборудование можно разделить на два типа:
- сооружения, которые создают условия, близкие к природным;
- сооружения, которые обеспечивают искусственные условия для самого процесса очистки.
Существуют разные категории бактерий, делящиеся на аэробные и анаэробные. Первые способны существовать только в условиях присутствия свободного кислорода. Аэробные бактерии потребляют органические вещества, в процессе образуя активный ил. Их классификация включает:
- облигатные (выживают исключительно при высокой концентрации кислорода);
- факультативные (могут существовать и размножаться при низком содержании кислорода).
Анаэробные бактерии способны выживать в absence кислорода и играют роль в процессе осветления и очистки сточных вод. Их классификация включает:
- облигатные (способны существовать только вне присутствия кислорода, так как он пагубно влияет на их жизнедеятельность);
- аэротолерантные (могут находиться без кислорода);
- факультативные (способы существовать при низкой концентрации кислорода).
Способы очистки сточных вод от загрязнений
Они способны осветлять и очищать сточные воды, осуществляя процедуру окисления. Для очистки подобных сточных вод существуют следующие методы:
- механический;
- физико-химический;
- биологический.
- Механический метод включает три этапа: отстаивание, процеживание и центрифугирование.
- Физико-химический метод основан на коагуляции и флотации.
- Биологический метод осуществляется с использованием активного ила, который способствует разложению органических соединений до минеральных.
Очистка происходит в несколько этапов:
- На первом этапе сточные воды проходят механическую очистку, где происходит поглощение загрязнений на поверхности активного ила. За данный период (в среднем 1,5 часа) удаляется 50-60% органических веществ;
- На втором этапе проходит биологическая очистка, в данном процессе удаляется оставшаяся часть органических веществ, после чего сточные воды направляются на доочистку перед сбросом в акваторию;
- Третьим этапом является фильтрация и ультрафиолетовое обеззараживание.
Преимущества биологической очистки:
- Процесс очистки осуществляется благодаря метаболизму микроорганизмов;
- Биологический метод считается наиболее экономичным, в сравнении с физико-химическим, который требует значительного количества дорогих реагентов;
- Биологическая очистка решает вопрос минерализации осадков и уменьшает их количество;
- Применение активного ила позволяет использовать его как удобрение.
Биологические очистные сооружения
Станции биологической очистки состоят из резервуаров, насосов и другого оборудования, обеспечивая процесс очистки сточных вод, создавая специальные условия для роста активного ила.
Первая ступень станции биологической очистки представлена в виде горизонтального резервуара. Они изготавливаются из стеклопластика и оснащаются мешалками, которые обеспечивают хорошую смешиваемость сточных вод с активным илом, что позволяет проводить анаэробную обработку.
Реакторы второго этапа представляют собой цилиндрические резервуары с коническим дном, имеющие технологическую загрузку, в которой. Выращивается биомасса.
Эти реакторы выполняются в виде различных мешалок и эжекторов. Первые служат для равномерного распределения отходов по всей конструкции, где сточные воды смешиваются с активным илом. В процессе обработки в эжекторах загрязнения постепенно уменьшаются.
На некоторых установках имеется специальный фильтрующий материал с биомембраной. Биофильтры адсорбируют примеси, которые потом поглощаются живыми клетками.
В центральной части очистных сооружений располагается система пластинчатой загрузки, где примеси в сточных водах окисляются активным илом. Установленные отстойники позволяют отфильтровывать сточные воды через специальные фильтры, отделяя их от биомассы.
Эти установки представляют собой искусственные пруды, в которых сточные воды аэрируются естественным воздухом. Однако такие пруды требуют значительных площадей и могут функционировать только при температурах выше +6 градусов Цельсия.
Компания ЭкоКомпозит занимается проектированием и разработкой очистных сооружений для промышленных и бытовых сточных вод. Мы также поставляем качественные материалы для систем водоснабжения и водоотведения. Среди наших клиентов — крупные компании по всей России.
Преимущества сотрудничества с нами:
- Широкий ассортимент продукции;
- Услуги по проектированию и монтажу;
- Квалифицированная консультация от специалистов с опытом;
- Своевременная доставка в различные регионы России;
- Выгодные условия для постоянных клиентов;
- Продукция от известных производителей;
- Расширенная гарантия на предлагаемое оборудование.
Чтобы оформить заказ, достаточно отправить онлайн-запрос на нашем сайте или позвонить по телефону 8 (800) 301-60-50. Мы будем рады помочь вам с выбором нужного оборудования и ответить на все ваши вопросы.
Типы и принцип работы ЛОС
Очистные сооружения для бытовых сточных вод предназначены для переработки загрязнений в качестве относительно безопасной жидкости, которую можно использовать в инженерных целях или утилизировать в почву.
Среди летучих органических соединений, используемых для биологической очистки, можно выделить:
- Септики – это герметичные камеры, в которые сбрасываются канализационные стоки. В таких условиях обитают анаэробные микроорганизмы, которые перерабатывают осадки и помогают очистить воду. После септика жидкости требуют дополнительной очистки, например, в фильтрационных колодцах, перед тем как их можно сбросить в водоем или на землю.
- Септические установки с биофильтрами. Основной принцип действия таких фильтров заключается в просачивании воды через большой слой нетоксичного материала (щебня или песка), который покрыт пленкой из специальных бактерий. Такой принцип применяется как в фильтрационных полях, так и в колодезных установках. При прохождении сточных вод через биологический фильтр благодаря микроорганизмам происходит активизация процессов окисления и разложения органических компонентов.
- Биопруды – это искусственные водоёмы, глубина которых, как правило, не превышает одного метра. В них загрязненная жидкость, после прохода механической очистки, обрабатывается за счет действующих там бактерий. Чтобы активировать процесс, необходимо нагревать водоемы солнечными лучами; в зимнее время года в России эти пруды неэффективны и почти не используются. Кроме того, активизацию работы аэробных бактерий можно осуществить через принудительную аэрацию.
- Аэротенки – это герметично закрытые установки, где предусмотрена принудительная аэрация. Для более эффективной переработки сточных жидкостей применяется активный ил, содержащий необходимые микроорганизмы.
- Станции глубокой очистки. Данные сооружения используются для комплексного освещения сточных вод с максимальным результатом. Воды, проходя через них, очищаются до 98%. Для этого они проходят через несколько различных фильтров и очистных установок.
Мембранный биореактор становится всё более распространенным способом очистки сточных вод как на заводах, так и в населённых пунктах. Эта установка сочетает в себе биологическую обработку активного ила с механической мембранной фильтрацией. Мембранная система используется для отделения активного ила и является альтернативой его осаждению в обычных станциях биологической очистки.
- Компактные габариты при серьёзной производительности;
- Использование при модернизации оборудования старых очистных комплексов;
- Способность работы при значительных концентрациях активного ила.
Существуют два типа биологических метантенков: с внутренней мембраной и с внешней мембраной. Во втором случае фильтр изолирован от технологических камер, и требуется установка дополнительной насосной системы.
Механическая очистка
Механическая очистка осуществляется в несколько последовательно соединённых установках, предназначенных для улавливания различных фракций взвешенных веществ.
Первое, что используется — это решетки для сбора крупных загрязнений, таких как тряпки, бумага и другие недопустимые включения. Она как правило состоит из параллельных металлических прутьев, скрепленных вместе и установленных вертикально на коллекторе, через который поступает вода. Расстояние между прутьями может меняться от 16 до 70 миллиметров, в зависимости от прочности и типа системы. В крупных очистных заводах отходы удаляются специальными механическими граблями. Данные отходы потом отправляются на измельчение, а далее в метантенк, или перерабатываются как твердые камни (например, компостирование, вспашка или в биотермических камерах). На небольших очистных системах сильные обрабатывающие грузовые элементы удаляются вручную с применением грабель.
2. Камеры песколовки служат для захвата тяжёлых минеральных частиц (песка) до поступления сточных вод в отстойник. Принцип работы такой: скорость потока сточных вод находится в диапазоне от 15 до 70 см/с. Такое значение достаточно, чтобы предотвратить осаждение легких органических частиц, и в то же время недостаточно для осаждения тяжёлых песчинок. Работая с температурами не ниже 70 °C, песколовки действуют как блеск-система. Варианты песколовок бывают: 1) вертикальные — с круговым потоком воды 2) горизонтальные — с линейным потоком воды 3) аэрируемые — сжатый воздух периодически проходит через дно, что помогает удалить песок от органических частиц. Горизонтальные камеры для песка довольно просты в конструкции и эффективны. Они состоят из 2-3 секций, каждая из которых может функционировать независимо. Это позволяет отключать 1-2 секции при небольшом потоке воды, например, по ночам.
3. Илоуловители
— с обработкой ила;
— без обработки ила.
Осадкоуловители с обработкой ила
Обозначаются большим объёмом осадка при длительном времени отстаивания до окончания процесса сбраживания и уплотнивания удерживаемых твёрдых частиц (например, метантенк, двухъярусная ёмкость и осветлитель/рекуператор).
Отстойник без обработки ила
(a) Вертикальный отстойник — цилиндр с конусным дном. Вода проходит сверху через центральную трубу и потом поступает в общий резервуар.
(b) Горизонтальный отстойник — с уклоном, изменяющим направление потока таким образом, что осадок скатывается вниз или выталкивается системой скребков, и накапливается в иловой камере. Глубина такого резервуара варьируется от 1,5 до 2 метров, а скорость движения — 7 мм/сек.
(c) Радиальный отстойник — с круглой формой и дном, равномерно наклонённым к центру. Его диаметр может достигать 16-40 метров, а глубина уровня воды составляет от 2 до 2,5 метров. Вода движется с уменьшающейся скоростью от центра, где она заходит снизу, к ободу, откуда она переливается через специальные отверстия в плите, во внешний круговой канал. Осадки выталкиваются скребками, которые прикреплены к медленно вращающимся формам. Время пребывания в таких системах составляет примерно 1,5 часов при скорости 7 мм/с. Эффективность таких установок достигает 60% с последующим отводом осадка в метантенк, где происходит его сбраживание.
Нормы очистки
Очистные сооружения обязаны обеспечивать необходимую степень очистки. Строгие нормы контроля существуют только для сточных вод, выработанных промышленностью. В нормативах указывается предельно допустимая концентрация отдельных веществ в очищенной воде.
Что касается бытовых сточных вод, для них строгие правила не установлены. Однако сбрасывать неочищенные сточные воды в водоемы или на землю запрещено, иначе подрядчики или компании могут быть подвергнуты правовым последствиям.
Концентрация отдельных веществ в бытовых сточных водах регулируется законом лишь в случае, если они сбрасываются в акваторию. То же самое касается и очистки сточных вод, сбрасываемых после обработок, так как они, в конечном итоге, окажутся в водоемах.
Для сточных вод, которые сбрасываются в грунт после очистительных сооружений, строгие требования на данный момент отсутствуют, так как домовладелец лично заинтересован в полном соблюдении процесса очистки. В противном случае, возможны ситуации, когда его имущество будет разрушено, и дом станет непригодным для проживания.
Разница между очищением и обеззараживанием
Очистка включает удаление механических и химических загрязнений, что крайне важно. Основной задачей обработки является устранение живых организмов, которые могут быть вредны для здоровья.
К таким вредным микроорганизмам относятся патогенные и условно-патогенные бактерии, споры бактерий, вирусы, грибы, гельминты и их яйца.
- Химические : обработка воды озоном, диоксидом хлора, гипохлоритом натрия и полимерными антисептиками. Эти вещества уничтожают патогенные микроорганизмы или делают их неспособными к размножению;
- Физические : обработка воды с помощью ультрафиолетовых лучей и ультразвука;
- Комплексные : комбинирование как химических, так и физических методов.
Требования и нормативные документы
Сточные воды должны очищаться до уровня ВДУ или ПДК, особенно если они поступают в рыбохозяйственные водоемы. Эти требования регламентируются СанПиН 2.1.5.980-00 «Санитарные требования к охране поверхностных вод».
После биологической очистки БПК должен быть снижен до уровня 15 мг/л, а взвешенные вещества – до 70 мг/л.
После глубокой очистки БПКп не превышает 3-5 мг/л, а концентрация взвешенных частиц должна составлять 1-2 мг/л.
Другие требования и нормативы включают:
- ГН 2.1.5.689-98 «Предельно-допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования»;
- ГН 2.1.5.690-98 «Ориентировочно допустимые уровни (ОДУ) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования».
Этапы извлечения загрязнений
Процесс извлечения загрязнений делится на три основные стадии:
- Первичная – удаление мусора, крупных частиц загрязнений, образующих пленки на поверхности, и взвешенных веществ;
- Вторичная – это разложение органических сточных вод;
- Третичная (доочистка) – направлена на извлечение взвешенных и коллоидных частиц, пестицидов, фунгицидов, а также для осаждения остатков фосфора и азота и снижения химического потребления кислорода (ХПК). Параметры достигают стандартов ОДУ или ПДК.
На этих стадиях используются различные процессы:
- Механические – использование стационарных или подвижных фильтрующих установок: грубых фильтров, отстойников, ловушек для поверхностных загрязнений. После механической очистки количество загрязняющих веществ в стоках снижается на 30-60%.
- Биологический – это очистка с помощью живых микроорганизмов: бактерий, грибков и простейших. Микроорганизмы используют органические компоненты как еду, превращая их в безопасные биогазы, такие как метан и вода. Биологические методы позволяют избавиться от 92-96% загрязнений.
- Физико-химический – процесс очистки стоков для устранения растворённых примесей и взвешенных частиц с помощью физических и химических реактивов. Этот подход позволяет удалить 96-98% мелкодисперсных частиц.
- Дезинфекция – целью данной процедуры является уничтожение болезнетворных бактерий и вирусов. По статистике, сточные воды не должны содержать возбудителей заболеваний, для чего эффективность обеззараживания достигает 99,9%.
Маслоотделители и пористые абсорбирующие материалы, такие как активированный уголь, глины, кокс, торф, зола и силикагели, в основном используются для очистки жиров, мазута и нефтяных масел:
- По данным справок: нефтепродукты в силу своей токсичности для живых организмов также являются важным фактором для удаления загрязняющих веществ из воды. Предельно допустимые концентрации нефтепродуктов в сточных водах не должны превышать 0,01-0,3 мг/л. Эти низкие значения обусловлены как токсичностью, так и высокими стандартами безопасности для водной флоры и фауны.
Биологическая очистка сточных вод
Биологическая очистка воды стала популярным методом много лет назад. Этот метод используется как в частных хозяйствах, так и в промышленности. Он включает использование полезных микроорганизмов и представляет собой естественный процесс, применимый даже для случаев сильнар загрязненных вод. Биологическая очистка является обязательным этапом для улучшения качество сточных вод.
Что такое биологическая очистка сточных вод
Биологическая очистка сточных вод — это процесс, который следует сразу после механической очистки, предполагающий расщепление органических соединений на более простые и мелкие составляющие. Сточные воды, как правило, насыщены различными веществами и содержат различные аминокислоты, аммиак и другие соединения. Азот, содержащийся в перечисленных микроэлементах, является ключевым для жизнедеятельности микроорганизмов. Это также применимо к извлечению минеральных солей, таких как калий и фосфор. Чем больше различных элементов и веществ содержится в сточных водах, тем эффективнее процесс биопереработки. Эффективность полностью зависит от интенсивности роста популяции микроорганизмов, использующих эти вещества.
Какие существуют способы биоочистки воды
Биологическая очистка сточных вод подразделяется на два главных типа:Естественная очистка. Этот метод воздействия на сточные воды улучшает их состояние за счёт создания естественной экосистемы. Здесь используются естественные процессы, происходящие в почве, воде и растительности, которые связывают, преобразуют или нейтрализуют все примеси и опасные микроэлементы.
Искусственная очистка. В этом случае применяются специальные устройства и технологии. В процессе в сточные воды вводятся аэробные или анаэробные микроорганизмы или их культуры, благодаря чему создаются наиболее подходящие условия для эффективной очистки сточных вод. Выбор конкретного метода зависит от цели очистки воды и требований к конечному продукту.
Насколько эффективна биологическая очистка
- для удаления белков, углеводов и жиров;
- для очистки от нефтепродуктов;
- для разложения крахмала;
- для переработки целлюлозы;
- при работе с калием;
- при очистке от фосфора;
- при нейтрализации кальций;
- для аммонийного азота;
- для окисляющихся органических элементов.
Специальные установки разработки помогают обеспечить биоремедиацию всех стоков, которые попадают на очистку. Для этого используются как промышленные, так и городские сточные воды. Реже применяется осадок сточных вод для поглощения и переработки.
Преимущества и недостатки
Для комплексной оценки процесса следует учесть ключевые преимущества и недостатки.
Преимущества включают:
- Из-за естественных реакций можно получить экологически чистую массу, процесс легко повторять много раз;
- Биологическая очистка сточных вод более доступна по цене в сравнении с другими методами;
- Процесс биоочистки является автономным. Одному человеку достаточно контролировать процесс и обеспечивать своевременную подачу реагентов, либо это можно автоматизировать с помощью насосов дозаторов;
- Процесс почти не образует отходов. В ходе обработки остаются лишь вода и углекислый газ, которые легко утилизировать.
Несмотря на ярко выраженные преимущества, следует учесть и некоторые недостатки данного процесса.
- Далеко не все остаточные материалы подлежат утилизированию или повторному использованию. Если в итоге очистки образуются токсичные соединения, они должны быть устранены немедленно, иначе биологическая масса может погибнуть, что остановит процесс очистки;
- Необходимо строго следить за соблюдением технологического режима. Небольшие отклонения могут существенно снизить эффективность биоочистки;
- Для выполнения метода необходимо создать специальные очистные сооружения, что требует значительных финансовых вложений, которые могут затем окупиться;
- Важно сохранять необходимое количество биологической массы. Снижение такой концентрации ниже установленной нормы может негативно сказаться на процессе очистки, оставляя в воде загрязнения и вредные микроэлементы.
Заключение
Биологическая очистка сточных вод является одним из наиболее результативных методов удаления вредных компонентов и примесей из воды. Этот метод позволяет избавиться от 99% загрязняющих веществ.
При необходимости локальные очистные сооружения могут быть установлены в любом месте. При этом, в любой момент, очищенные воды могут быть направлены на доочистку. Это гарантирует высокий уровень качества и безопасность химического состава жидкости. Биологическая очистка — неотъемлемый шаг в процессе улучшения качества водных ресурсов.
