Лекции.Орг


Поиск:




Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

 

 

 

 


Биохимическая очистка сточных вод. Сущность процессов, область применения




Биохимические методы применяют для очистки хозяйствен­но-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических (сероводорода, сульфи­дов, аммиака, нитритов и др.) веществ.

Процесс очистки сточных вод от вредных веществ основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности - органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода.

Сточные воды, направляемые на биохимическую очистку, характеризуются величиной БПК и ХПК.

БПК - это биохимическая потребность в кислороде или ко­личество кислорода, использованного микроорганизмами для окисления органических веществ (не включая процессы нитрифи­кации) за определенный промежуток времени (2, 5, 8,10, 20 сут.), в мг О2 на 1 литр. Например: БПК5 - биохимическая потребность в кислороде за 5 сут., БПКП0Лн- полная биохимическая потребность в кислороде до начала процессов нитрификации.

ХПК - химическая потребность в кислороде, то есть коли­чество кислорода, необходимого для окисления всех органиче­ских веществ, содержащихся в воде. ХПК также выражают в мг О2 на 1 литр.

Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки сточных вод

Аэробный метод основан на использовании аэробных групп организмов для жизнедеятельности которых необходимы посто­янный приток кислорода и температура 20-40 °С. При изменении кислородного и температурного режимов состав и число микроор­ганизмов меняются. При аэробной очистке микроорганизмы куль­тивируются в активном иле или биопленке.

Анаэробные методы очистки протекают без доступа кислоро­да; их используют, главным образом, для обезвреживания осадков.

Активный ил состоит из живых организмов и твердого суб­страта. Живые организмы представлены скоплениями бактерий ^и одиночными бактериями, простейшими червями, плесневыми гри­бами, дрожжами, актиномицетами и редко - личинками насекомых, рачков, а также водорослями и др. Сообщество всех живых орга­низмов, населяющих ил, называют биоценозом. Биоценоз активно­го ила в основном представлен двенадцатью видами микроорга­низмов и простейших

Сухое вещество активного ила содержит 70-90% органиче­ских и 30-10% неорганических веществ. Субстрат, которого в ак­тивном иле может быть до 40%, представляет собой твердую отмершую часть остатков водорослей и различных твердых остатков. К нему прикрепляются организмы активного ила.

Качество ила определяется скоростью его осаждения и сте­пенью очистки жидкости. Крупные хлопья оседают быстрее, чем мелкие. Состояние ила характеризует иловый индекс, который представляет собой отношение объема осаждаемой части актив­ного ила к массе высушенного осадка (в граммах) после отстаива­ния в течение 30 мин. Измер в см3/г Чем хуже оседает ил, тем более высокий иловый индекс он имеет

Биопленка растет на наполнителе биофильтра,1 она имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1-3 мм и более. Цвет ее ме­няется с изменением состава сточных вод от серовато-желтого до темно-коричневого. Биопленка состоит из бактерий, грибов, дрож­жей и других организмов.

Для того, чтобы происходил процесс биохимического окис­ления органических веществ, находящихся в сточных водах, они должны попасть внутрь клеток микроорганизмов. К поверхности клеток вещества поступают за рчет конвективной и молекулярной диффузии, а внутрь клеток - диффузией через полупроницаемые цитоплазматические мембрань^ возникающей вследствие разно­сти концентраций веществ в клетке и вне ее.' Однако большая часть вещества попадает внутрь клеток при помощи специфиче­ского белка-переносчикаГ Образующийся растворимый комплекс вещество—переносчик диффундирует через мембрану в клетку, где он распадается, и белок-переносчик включается в новый цикл переноса.

Основную роль в процессе очистки сточных вод играют про­цессы превращения вещества, протекающие внутри клеток микро­организмов. Эти процессы заканчиваются окислением вещества с выделением энергии и синтезом новых веществ с затратой энергии.

Внутри клеток микроорганизмов происходит непрерывный и очень сложный процесс химических превращений. В строгой по­следовательности с большой скоростью протекает большое число реакций. Скорость реакций и их последовательность зависят от вида и содержания ферментов, которые выполняют роль катали­заторов. Ферменты ускоряют только те реакции, которые протека­ют самопроизвольно, но с очень малой скоростью.

Ферменты (или энзимы) представляют собой сложные белковые соединения с молекулярной массой, достигающей сотен ты­сяч и миллионов в ед.

Нитрификация и денитрификация. При очистке сточных вод под действием нитрифицирующих бактерий протекают про­цессы нитрификации и денитрификации. Нитрифицирующие бак­терии окисляют азот аммонийных соединений сначала до нитритов, а потом до нитратов. Этот процесс называется нитрификаци­ей и протекает в две стадии. Он является конечной стадией мине­рализации азотсодержащих органических веществ. Присутствие нитрат-ионов в очищенной сточной воде является одним из пока­зателей полноты очистки. Ф-ла

Под действием денитрифицирующих бактерий связанный кислород отщепляется от нитритов и нитратов и вновь расходует­ся на окисление органических веществ. Этот процесс называется денитрификацией. Условиями осуществления процесса денитрификации, являются: наличие органических веществ, небольшой доступ кислорода, нейтральная или слабощелочная реакция.

Денитрификация - процесс многостадийный и может проте­кать с образованием аммиака, молекулярного азота либо оксидов азота. При очистке сточных вод денитрификация протекает, глав­ным образом, с образованием азота (редко образуется NH3- аммиак) Ф-лы

Органические азотсодержащие соединения разлагаются с образованием аммиака. Например, карбамид (мочевина) разлага­ется по уравнению CO(NH2)2 + 2Н2О→ (NH4)2СО3=2NH3 + СО2 + Н2О

Разложение органических соединений может происходить через образование аминокислот, которые далее выделяют аммиак при протекании различных процессов.

Методы биохимической очистки

Аэробные процессы биохимической очистки сточных вод мо­гут протекать в природных (естественных) условиях и искуствен-ных сооружениях. Биохимическую очистку называют полной, если БПК очищенной воды составляет менее 20 мг/л, и неполной при БПК более 20 мг/л.

В естественных условиях очистка происходит на полях оро­шения, полях фильтрации и биологических прудах. Искусственные сооружения - аэротенки и биофильтры разной конструкции. В ис­кусственных сооружениях процессы очистки протекают с большей скоростью, чем в естественных условиях.

8.3.1 Биохимическая очистка в природных условиях

В естественных условиях очистка происходит на полях оро­шения, полях фильтрации и биологических прудах.

Сооружения естественной очистки применяются в основном для очистки бытовых сточных вод Производительность от 1 м3/сут. до 100 тыс. м3/сут.

Если на полях выращ-ся с/х куль-ры, то такие земледель-е поля после Биол оч улавли-ся и удобр-ся- это поля орошения. Очистка сточных вод идет под дейст­вием почвенной микрофлоры (бактерии, актиномиценты, дрожжи, грибы, водоросли, простейшие, беспозвоночные), солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений

Если на полях не выращиваются сельскохозяйственные культуры и они предназначены только для биологической очистки сточных вод, то они называются полями фильтрации. Земледель­ческие поля орошения после биологической очистки увлажняются и используются для выращивания сельскохозяйственных культур.

В процессе биохимической очистки на полях сточные воды фильтруются через слой почвы В ней задерживаются взвешенные и коллоидные вещества, которые со временем образуют в порах почвы микробиологическую пленку Образовавшаяся пленка ад­сорбирует коллоидные частицы и растворенные в сточных водах вещества. Проникающий из воздуха в поры кислород окисляет за­держанные органические вещества, превращая их в минеральные соединения. В глубокие слои почвы проникновение кислорода за­труднено, поэтому наиболее интенсивное окисление происходит в верхних слоях почвы (0,2-0,4 м) При недостатке кислорода в пру­дах начинают преобладать анаэробные процессы.

При применении очистных сооружений с полями орошения и круглогодичном приеме сточных вод с сезонным регулированием их подачи, полив осуществляется только в вегетационный период, а остальное время года сточные воды поступают в пруды-накопители вместимостью, равной шестимесячному расходу сточ­ных вод.

Биологические пруды. Предназначены для биохимической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очист­ными сооружениями Представляют собой каскад прудов, состоя­щий из 3-5 ступеней, через которые с небольшой скоростью проте­кает осветленная или биологически очищенная сточная вода.

Различают пруды с естественной и искусственной аэрацией. Пруды с естественной аэрацией имеют небольшую глубину (0,5-1 м), хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами.

Бактерии используют для окисления загрязнений кислород, выделяемый водорослями в процессе фотосинтеза, а также ки­слород из воздуха. Водоросли, в свою очередь, потребляют СО2, фосфаты, аммонийный азот, выделяемые при биохимическом разложении органических веществ.

Осенью пруды опорожняются. Один раз в два-три года про­изводится перепашка дна и посадка растительности.

Аэротенки. Аэротенки представляют собой железобетонные резервуары, прямоугольные в плане, разделенные перегородками н отдельные коридоры (двух-, трех- и четырехкоридорные). Пр-с оч-ки идет по мере протекания ч/з аэротенк аэрированной смеси ст воды и актив ила. Аэрация нео-ма для насыщения ст воды О2 и для подд-я ила во взвеш-ом сост-ии. По структуре потоков сточной воды и возвратного активного ила аэро­тенки бывают трех типов:

1) аэротенки - вытеснители;

2) аэротенки - смесители;

3) аэротенки промежуточного типа (рис.8.2).

В аэротенках-вытеснителях воду и ил подают в начало со­оружения, а смесь отводят в конце его. Аэротенк имеет 1-4 кори­дора. Такие аэротенки применяют для окисления малоконцентри­рованных вод (БПК полн до 300 мг/л).

В аэротенках-смесителях воду и ил вводят равномерно вдоль длинных сторон коридора аэротенка. Они предназначены для очистки концентрированных производственных сточных вод (БПК полн до 1000 мг/л).

Рис. 8.2. Схемы аэротенков с различной структурой потоков

сточной воды и возвратного активного ила: а - аэротенк-вытеснитель; б - аэротенк-смеситель; в - аэротенк промежуточного типа с рассредоточенной подачей сточной воды

В аэротенках с рассредоточенной подачей сточной воды ее подают в нескольких точках по длине аэротенка, а отводят из торцевой части. Возвратный ил полностью подают в начало аэротенка. Эти аппараты занимают промежуточное положение между аэротенками-вытеснителями и аротенками-смесителями

Время нахождения в аэротенке обрабатываемой сточной воды составляет 6-12(24) ч. За это время масса органических за­грязнений перерабатывается биоценозом активного ила. Из аэро­тенка смесь обработанной сточной воды и активного ила посту­пает во вторичный отстойник, где активный ил оседает на дне от­стойника, затем отводится в резервуар насосной станции, а очи­щенная сточная вода поступает либо на дальнейшую доочистку, либо на обезвреживание. В процессе биологического окисления происходит прирост биомассы активного ила. Избыток ила выво­дится из системы в сооружения по обработке осадка. Основная часть в виде циркуляционного активного ила снова возвращается в аэротенк. Комплексы очистных сооружений, в состав которых входят аэротенки, имеют производительность от нескольких десятков кубических метров сточных вод в сутки до 2-3 млн. м3/сут.

Биофильтры. Применяются при расходах бытовых и произ­водственных сточных вод до 20-30 тыс. мэ/сут. Биофильтр пред­ставляет собой резервуар, круглый или прямоугольный в плане, который заполняется загрузочным материалом. В БФ ст вода фильт-ся ч/з слой загрузки. к-рая покрыта пленкой из микроорган-ов. В качестве загруз­ки используют различные материалы с высокой пористостью, ма- > лой плотностью и большой удельной поверхностью. Загрузочный материал поддерживается решетчатым днищем. По типу загрузоч­ного материала биофильтры делят на две категории:

1) с объемной загрузкой, состоящей из гравия, шлака с крупно­стью 15-80 мм;

2) с плоскостной загрузкой - из пластмасс, асбестоцемента, ке­рамики, металла, тканей.

Объемная загрузка засыпается навалом после сортировки фракций слоем высотой 2-4 м. Высота слоя загрузки плоскостного материала составляет 4-8 м.

Сточная вода подается выше поверхности загрузочного ма­териала, равномерно над ней распределяется. На поверхности за­грузочного материала образуется биологическая пленка из микро­организмов, аналогично активному илу в аэротенке. Микроорга­низмы биопленки окисляют органические вещества, используя их как источники питания и энергии. Обработанная сточная вода че­рез загрузочный материал и отверстия поддерживающего днища поступает на сплошное днище биофильтра и с помощью лотков во вторичный отстойник.

Анаэробные методы

Анаэробные методы биохимической очистки используют для сбраживания осадков, образующихся при биохимической очистке производственных сточных вод, а так же как первая ступень очист­ки очень концентрированных сточных вод (БПК полн = 4-5 г/л), со­держащих органические вещества, которые разрушаются анаэроб­ными бактериями в пр-се брожения. Для очистки сточных вод используют метановое брожение (с образованием метана), Процесс проводят в метантенках - герметически закрытых резервуарах с приспособле-ми для ввода осадков и вывода образ-ся в-в.





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2016-03-25; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 4354 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Надо любить жизнь больше, чем смысл жизни. © Федор Достоевский
==> читать все изречения...

2295 - | 1982 -


© 2015-2024 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.009 с.