Аеробні, анаеробні і інші методи біохімічної очистки води

Вони застосовуються для очищення побутових і виробничих стічних вод від органічних речовин, а також від сірководню, сульфідів, аміаку, нітритів. Процес очищення заснований на здатності мікроорганізмів використовувати ці речовини на забезпечення своєї життєдіяльності. Очищення здійснюється співтовариством безлічі різних бактерій, найпростіших, а також грибів, водоростей, які утворюють біологічно активний мул.

Відомі аеробні та анаеробні методи біохімічного очищення.

Аеробні методи засновані на використанні аеробних груп мікроорганізмів, для життєдіяльності яких необхідний постійний приплив повітря.

Анаеробні біохімічні процеси протікають без доступу кисню. Їх використовують для обробки осадів. Оптимальна температура очищення 20-40 ° С.

Переваги біохімічної очистки: можна видаляти зі стічних вод широкий спектр органічних і деякі неорганічні речовини, простота апаратури, низькі експлуатаційні витрати, можлива висока ступінь очищення. Недоліки методу: високі капітальні витрати (величезні споруди), необхідність точного дотримання технологічного режиму очищення, розведення стічних вод через високу концентрацію домішок, можлива наявність домішок, отруйних мікроорганізми.

Механізм процесу очищення мікроорганізмами речовин із стічних вод умовно ділять на три стадії: массопередачи речовини з рідини до поверхні клітини шляхом конвенції води і дифузією домішок; дифузію речовини домішки через оболонку клітини мікроорганізму внаслідок градієнта концентрації; процес перетворення речовини в клітині (метаболізм) з виділенням енергії та синтезом нового клітинного речовини.

Швидкість массопередачи визначається законами дифузії і гідродинаміки. Вихровий рух потоку руйнує пластівці активного мулу на дрібні колонії мікробів і призводить до швидкого оновлення поверхні їх розділу з середовищем. Швидкість біохімічних перетворень в клітці, їх послідовність визначається ферментами. Синтез нових білкових речовин (анаболічні перетворення) протікає з витратою енергії Q, наприклад:

Біохімічне аеробне окислення органічної речовини клітини (катаболізм) або стічної води супроводжується споживанням кисню і виділенням енергії Q:

Регенерація активності мулу: його аерація за відсутності поживних речовин.

Для життєзабезпечення мікроорганізмів, що очищають стічні води, необхідна наявність в ній достатньої кількості з'єднань вуглецю, азоту, фосфору. Однак сполуки ртуті, свинцю, сурми, срібла, хрому, кобальту є клітинними отрутами. Їх концентрація повинна бути нижче ГДК для мікроорганізмів.

Технологія біохімічної очистки

Аеробне очищення проводять в природних умовах і в штучних спорудах.

Природні умови: поля зрошення і фільтрації, біологічні ставки.

Поля зрошення - це сільськогосподарські угіддя, призначені для очищення стічних вод і одночасного вирощування рослин. На полях фільтрації рослини не вирощують. Зазвичай це резервні ділянки типу ставків для приймання стічних вод. На полях зрошення очистка стічних вод заснована на впливі мікрофлори грунту, повітря, сонця і життєдіяльності рослин. Солей в стоках має бути менше 4-6 г / л. Стічні води подаються на поля зрошення в літній період через 5 днів.

Біологічні ставки - штучні водойми глибиною 0,5-1 м, добре прогріваються сонцем і заселені водними організмами. Вони можуть бути проточні (серійні або каскадні) і непротічні. Час перебування води в ставках з природним аерацією від 7 до 60 діб, з штучної - 1-3 діб. В останніх щаблях каскадних ставків розводять рибу, що дозволяє уникнути утворення ряски. У непротічних ставках стічна вода подається після її відстоювання і розведення. Тривалість очищення - 20-30 діб.

Переваги біологічних ставків - невисока вартість будівництва і експлуатації. Недоліки: сезонність роботи, велика площа, низька окислювальна здатність, труднощі чистки.

Біохімічне очищення в біофільтрах

Біофільтри це великі круглі або прямокутні споруди із залізобетону або цегли, завантажені фільтруючим матеріалом, на поверхні якого вирощується біоплівка. Аерація їх може бути природною і штучною. За типом завантаження матеріалу біофільтри діляться на дві групи: з об'ємною (зернистої) і плоскою завантаженням. Об'ємна завантаження: гравій, щебінь, галька, шлак, керамзит, кільця, куби, кулі. Плоска завантаження: металеві, тканинні та пластмасові сітки, решітки, гофровані листи, плівки.

Біофільтри з об'ємною завантаженням можуть бути трьох типів: краплинні, високонавантажувані, баштові. Краплинні біофільтри найбільш прості, завантажуються дрібним матеріалом висотою 1-2 м, мають продуктивність до 1000 м 3 / добу і мають високий ступінь очищення. Високонавантажувані біофільтри заповнюють великим матеріалом висотою 2-4 м. Висота завантаження баштових біофільтрів - 8-16 м, продуктивність до 50 тис. М 3 / добу.

Застосування знаходять також біофільтри з плоскою завантаженням, що володіють більш високою окисної здатністю, заглибні (дискові) біофільтри і біотенках-біофільтри. У них в шаховому порядку по горизонталі і вертикалі розміщені лотки у вигляді блюдець, які зверху заповнюються стічною водою до їх переповнення і переливу надлишку води. Зовні лотків утворюється активна біоплівка. Вона забезпечує високу ефективність очищення води. Недоліки біофільтрів: замулювання фільтрів, зниження їх окисної здатності, поява неприємних запахів.

Біохімічне очищення в аеротенках.Аеротенкі - великі 1 500-15 000 м 3 залізобетонні споруди глибиною 3-6 м з вільно плаваючим у воді активним мулом, біонаселеніе якого використовує забруднення стічних вод для своєї життєдіяльності. Обсяг стічних вод, що очищаються при використанні аеротенків, вельми великий: від кількох сотень до мільйонів кубічних метрів на добу.

Класифікація аеротенків. Її показники:

конструкція: круглі, прямокутні, шахтні, комбіновані, фільтротенкі, флототенкі;

режим стічних вод: проточні, напівпроточні, капітальні, з перемінним рівнем;

структура потоку: аеротенки-витискувачі, аеротенкісмесітелі, аеротенки з розосереджених подачею стічної води, оксітенкі (рис. 4.11);

аерація: пневматична, комбінована гідродинамічна, пневмомеханічна;

спосіб регенерації активного мулу: в окремому апараті, в суміщеному апараті;

число ступенів: одно-, дво-, багатоступінчасті;

навантаження на активний мул: висока, звичайна, низька.

В аеротенках-витискувачі (рис. 4.11а) навантаження забруднень на мул максимальна на початку і мінімальна в кінці процесу. Їх довжина досягає 50-150 м, обсяг від 1,5 до 30 тис. М 3.

Аеротенки-змішувачі (рис. 4.11 б) найбільш придатні для очищення концентрованих виробничих стічних вод (БПКп до 1 г / л) при значних коливаннях їх витрати і концентрації забруднення. Їх недолік - висока залишкова концентрація домішок в очищеній воді.

Мал. 4.11. Схеми аеротенках-витіснювача (а), аеротенках-змішувача (б), аеротенках з розосереджених подачею стічної води (в)

В аеротенках з рівномірною подачею стічної води навантаження на мул по його довжині рівномірно зменшується (рис. 4.11в). Вони використовуються для очищення сумішей промислових і міських стоків.

У оксітенках замість повітря застосовується технічний кисень. Це дозволяє збільшити в 5-10 разів окислительную здатність процесу, підвищити дози активного мулу до 6-10 г / л.

Важливий фактор біологічного окислення домішок - кисень. При механічній аерації воду з мулом перемішують мішалками, ТУРБІНКА, щітками і т. П. Пневматичну аерацію в залежності від розміру бульбашок повітря поділяють на три види: дрібні бульбашки (1-4 мм) при подачі повітря в аеротенки під тиском через керамічні або пластинчасті дифузори ; середні бульбашки (5-10 мм) - подача повітря через перфоровані труби, щілинні пристрої; великі бульбашки (> 10 мм) - подача повітря через сопла, труби.

Мал. 4. 12. Технологічна схема очищення стічних вод в азротенке з регенерацією мулу: 1 - аеротенк; 2 - відстійник; 3 - насосна станція; 4 - регенератор мулу

На малюнку 4.12 наведена технологічна схема аеротіт ка з регенерацією мулу. Стічна вода подається в аеротенк 1, де обробляється активним мулом. Суміш води з мулом надходить у відстійник 2, з якого після відстою через верхню частину виводиться очищена вода, а через донний отвір - відстояний мул. З насосної станції 3 частина мулу через його регенератор 4 повертається в аеротенк, а надлишкового частина мулу відправляється на переробку в метантенк.

При високій вихідної концентрації органічних домішок у воді (БПКn> 0,15 г / л) використовують двоступеневу очистку з окисленням 50-70% домішок на першому місці.