Биологические методы очистки сточных вод

Конструкция и принцип работы электрофильтра Электрофильтр— устройство, предназначенное для очистки технологических газов и аспирационного воздуха от находящихся в них взвешенных частиц посредством воздействия электрического поля.Процесс улавливания взвесей в электрофильтреможно условно разделить на несколько этапов:зарядка взвешенных частиц;движение заряженных частиц к электродам;осаждение заряженных частиц на электродах;регенерация электродов — удаление с поверхности электродов уловленных частиц;удаление уловленной пыли из бункерной части электрофильтра.При прохождении пылегазовой среды через активную зону электрофильтравзвешенные частицы (аэрозоли) попадают в зону действия коронного разряда в неоднородном электродном поле. Работа электрофильтра основана на процессе осаждения электрически заряженных частиц пыли в электрических полях. Электрическая зарядка частиц осуществляется в поле коронного разряда, возникающего в электрическом поле между коронирующими (высоковольтными) и осадительными (заземленными) электродами.

24.Классификация сточных вод и методов их очистки. Бытовые-поступающие от жилых и общественных зданий. Вних в основном содержатся органические вещества, бактерии им микроорганизмыПроизводственные- используемые в технологических процессах и содержащие всевозможные загрязнения.ЗагрязненныеЗагрязненные преимущественно минеральными примесямиЗагрязненный преимущественно органическими примесями..Загрязненные одновременно минеральными и органическими примесями.Тепловое загрязнение от сточных вод.Условно-чистые- т.е. те, которые после очистки можно использовать в оборотном водоснабженииАтмосферные-дождевые и талые воды.

Методы очистки сточных вод разделяют: 1-механически е- процеживание,отстаивание, отделение механических частиц в поле действия центробежных сил, фильтрование.2-физико-химические-нейтрализация, окисление, коагуляция, сорбция, флотация, метод ионного обмена.3-биологические-3.1.естественные-почвенные методы очистки и очистку СВ в биологических прудах. Почвенные делятся по производительности на малые, средние и крупные. К малым относятся – фильтрующие колодцы, фильтрующие траншеи с естественным.К средним- поля подземного орошения и подземной фильтрации.К крупным- земледельческие поля орошения,коммунальные поля орошения, и поля наземной фильтрации3.2.искусственные-активная биомасса находится в обрабатываемой воде во взвешенном состоянии (аэротенки, окситенки, циркуляционные оросительные каналы)-активная биомасса находится на неподвижном материале а СВ обтекает его тонким пленочным слоем (биофильтры).

25.Принцип работы аэротенок Аэротенки-представляют собой железобетонные прямоугольные резервуары,разделенные перегородками на отдельные коридоры.Схема их работы-СВ после сооружений механической чистки смешивается с циркулирующим активным илом и, последовательно пройдя по коридорам поступает во вторичный отстойник. Причем при движении по коридорам СВ продувается снизу мощным потоком мельчайших пузырьков воздуха, или для ускорения процессов окисления потоком кислорода (окситенки).Аэротенки - установка биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, представляющая собой герметичную емкость, в которой сточные воды насыщаются кислородом и перемешиваются с активным илом, состоящим из микроорганизмов и бактерий, обеспечивая интенсивное окисление органических веществ, содержащихся в сточных водах. Использование в аэротенках насосов для перекачки сточных вод и аэраторов, для подачи кислорода, приводит к необходимости постоянного подключения к электричеству, перебои которого не желательны.

26.Принцип действия песколовок и отстойников. Отстаивание основано на особенностях процесса гравитационного осаждения твердых частиц в жидкости.Отстаивание предназначено для выделения из СВ нерастворенных и частично коллоидных механических загрязнений. Очистку СВ осуществляют в песколовках и отстойниках.Песколовки предназначены для задержания загрязнений минерального происхождения, главным образом, песка с крупностью частиц более 0,2—0,25 мм. В результате задержания песка в песколовках облегчаются условия эксплуатации последующих сооружений. Легкие частицы органического происхождения должны выноситься из песколовок. Принцип работы песколовки основан на том, что частицы, удельный вес которых больше удельного веса воды, по мере движения вместе с водой выпадают на дно песколовки под действием силы тяжести.
Отстойник - это инженерное сооружение для освобождения воды от наносов при очень малых скоростях поступательного течения. Принцип работы отстойника заключается в том, что путем уменьшения поступательной скорости течения воды снижают вертикальную пульсационную ее составляющую, взвешивающую наносы, и тем самым способствуют выпадению из потока частиц, гидравлическая крупность которых больше взвешивающей силы.
Для уменьшения поступательной скорости площадь живого сечения отстойника принимают значительно больше площади живого сечения водовода (например, канала), на котором установлен отстойник. Выпавшие в отстойнике наносы удаляют из него тем или иным способом (см. ниже) в специально отведенные места. Отстойники обычно располагают в самом начале канала, непосредственно за головным шлюзом, но иногда и вдали от шлюза.

27.Принип действия биофильтров для очистки сточных вод Биофильтр- цилиндрический или кубический резервуар,который заполняется загрузочным материалом. СВ равномерно подаются выше поверхности загрузочного материала, на котором образуется биологическая пленка (биоценоз), аналогичный активному илу в аэротенках. Загрузочный материал поддерживается решетчатым днищем, сквозь отверстия которого обработанные СВ поступают на сплошное днище биофильтра и с помощью лотков выводятся в отстойник. Принцип работы биофильтра. Сточные воды, пройдя первичную механическую очистку в отстойнике, где были удалены крупные тяжелые фракции загрязняющих веществ, поступают на биологическую очистку. Очистка в биофильтре осуществляется следующим образом. Загрязненная вода, проходя через фильтрующую загрузку, оставляет в ней нерастворенные примеси, которые не ушли в осадок в первичном отстойнике, а также коллоидные и растворенные органические вещества, сорбируемые биологической пленкой. Колонии микроорганизмов, питаясь веществами органического происхождения, получают энергия для своей жизнедеятельности. Часть органических веществ микроорганизмы используют как материал для увеличения своей численности. Таким образом, происходит одновременно и очищение сточных вод и рост колонии. Необходимый для биохимического процесса кислород воздуха поступает в толщу загрузки путем естественной и искусственной вентиляции фильтра.

Биологические методы очистки сточных вод

Биологические методы очистки- предназначены для очистки СВ от органических примесей. В основе биологических методов лежит процесс биологического окисления органических соединений, содержащихся в СВ. Биоокисление осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценоз), включающим множество различных бактерий и ряд более высоко организованных организмов- водорослей, грибов связанных между собой в единый комплекс.

Разделяют: естественные - почвенные, биологические прудыИскусственные - аэротенки, биофильтры.Биологическая очистка сточных вод - технологический процесс очистки сточных вод, основанный на способности биологических организмов (редуцентов) разлагать загрязняющие вещества.Биологическая очистка возможна в естественных условиях и в искусственных сооружениях. В обоих случаях органические примеси обрабатываются редуцентами (бактериями, простейшими, водорослями и т.п.) и превращаются в минеральные вещества. В сточных водах, направляемых на биологическую очистку, содержание нефти и нефтепродуктов должно быть не более 25 мг∕л, ПАВ - не более 50 мг∕л, растворенных солей - не более 10 г∕л. Кислотность сточных вод не должна превышать 9, в противном случае микроорганизмы-минерализаторы погибнут.В естественных условиях очистка производится на полях фильтрации или орошения (через почву) или в биологических прудах-отстойниках, в которых концентрация загрязнителей снижается до требуемых норм за счет процессов самоочищения, осуществляемых микроорганизмами, водорослями, беспозвоночными. Для нормальной работы прудов необходима температура не менее 6⁰С, в связи, с чем в зимнее время они не эксплуатируются. Различают пруды с естественной и искусственной аэрацией.Широкое применение в нашей стране получило тропическое цветковое растение эйхорния. Она способна поглощать нефтепродукты, фенолы, сульфаты, фосфаты, хлориды, нитраты, СПАВы, щелочи, тяжелые металлы и может применяться там, где в течение не менее двух месяцев температура стоков составляет не ниже 16⁰ С. Уничтожает патогенные микроорганизмы гнилостного ряда. Может использоваться для доочистки сточных вод на городских очистных сооружениях, на сельскохозяйственных и промышленных стоках.В качестве искусственных сооружений биологической очистки сточных вод могут применяться аэротенки, окситенки, метатенки и биофильтры. В тенках (аэро - с подачей воздуха; окси - с подачей кислорода; мета - без доступа воздуха) сточные воды обрабатываются микроорганизмами. Разновидности этих сооружений чаще всего применяют на очистных сооружениях, куда не поступают промстоки.

29.Фзико-химические методы очистки сточных вод. Нейтрализация,окисление, коагуляция,сорбция,флотация,метод ионного обмена.Коагуляция - процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия с коагулянтами, которые в воде образуют хлопья гидроксидов металлов. Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и быстро оседают на дно резервуара. В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их смеси.Флотация - процесс всплывания примесей (чаще всего маслопродуктов) при обволакивании их пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду. Применяется для очистки вод, содержащих ПАВ, нефть и нефтепродукты, масла, волокнистые частицы.Сорбция - процесс поглощения вещества (сорбата) из очищаемой среды твердым телом или жидкостью (сорбентом). Поглощение вещества массой жидкого сорбента - абсорбция, поверхностным слоем твердого сорбента - адсорбция. Если при поглощении происходит химическое взаимодействие сорбента и сорбата, процесс называют хемосорбцией.Ионный обмен - метод основан на процессе обмена между ионами, находящимися в растворе (в сточных водах) и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы - ионита. Позволяет извлекать и утилизировать из сточных вод соединения мышьяка, фосфора, а также хром, цинк, свинец, медь, ртуть и радиоактивные вещества. При этом сточная вода может быть очищена до предельно допустимых концентраций вредных веществ и использоваться в технологических процессах или системах оборотного водообеспечения.

30.Возобновляемые и не возобновляемые ресурсы.Не возобновляемые- природные ресурсы, которые абсолютно не восстанавливаются, или восстанавливаются во много раз (в миллионы) медленнее, чем идет их использование

Подразделяются на уничтожаемые-которые уничтожаются в процессе их использования, это прежде всего ископаемые энергоносители: газ, нефть, уголь и т.д., и рассеиваемые- которые при переработке, переходя в готовый продукт, постепенно рассеиваются по технологической цепочке, т.к. появляются потери, но в целом возможно их многократное использование-это руды железа и других металлов, соединения фосфора, серы и т.д. Возобновляемые- почва,растительный и животный мир,некоторые ископаемые минеральные ресурсы. Возобновляемые ресурсы по мере их использования постоянно восстанавливаются. Однако для сохранения их способности к восстановлению нужны определенные естественные условия и время.нарушение этих условий задерживает или прекращаетпроцесс восстановления, что следует учитывать при определении интенсивности их использования, иначе отдельные виды возобновляемых природных ресурсов под воздействием хоз.деятельности человека могут стать невозобновляемыми.

31)Окружающая среда -это целостная система взаимосвязанных природных и антропогенных объектов и явлении среди которых проходит жизнь и деятельность человека. Окружающая среда — это все, что нас окружает. Это и воздух, которым мы дышим, и вода, которую мы пьем, и земля, на которой растет то, что мы едим, и все живые существа. Развитие же — это то, что мы делаем с этими ресурсами для улучшения своей жизни. Мы совершаем действия, которые, по нашему мнению, могут сделать нашу жизнь более комфортной, однако все, что мы делаем, меняет и нас, и окружающую нас среду.

Устойчивое развитие-Под этим понимают такую модель развития, при которой нынешние потребности удовлетворяются без ущерба для последующих поколений. Другими словами, распоряжаться имеющимися ресурсами следует разумно. Устойчивое развитие требует, чтобы мы больше сохраняли и меньше расходовали. В промышленно развитых странах многие люди живут на пределе возможностей природы. Так, например, один житель богатой страны потребляет столько же энергии, сколько 80 человек в бедной стране. Избыточное потребление влечет за собой массу отходов, которые загрязняют среду и поглощают наши ресурсы.

Устойчивое развития обозначает решение второй задачи экологии. Составляющая устойчивого развития:-Социальное измерение

-Экологическое измерение

- Экономическое изметение

32) Биосфе́ра (от др.-греч. βιος — жизнь и σφαῖρα — сфера, шар) — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».

Французский учёный-естествоиспытатель Жан Батист Ламарк в начале XIX в. впервые предложил по сути дела концепцию биосферы, ещё не введя даже самого термина. Термин «биосфера» был предложен австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом в 1875 году^[1].

Целостное учение о биосфере создал биогеохимик и философ В. И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.

Существует и другое, более широкое определение: Биосфера — область распространения жизни на космическом теле. При том, что существование жизни на других космических объектах, помимо Земли пока неизвестно, считается, что биосфера может распространяться на них в более скрытых областях, например, в литосферных полостях или в подлёдных океанах. Так, например, рассматривается возможность существования жизни в океане спутника Юпитера Европы.

Структура Биосферы:^[:

Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4…3,6·10¹² т (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всей биосферы (ок. 3·10¹⁸ т), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты», поскольку живые организмы не просто населяют земную кору, а преобразуют облик Земли. Живые организмы населяют земную поверхность очень неравномерно. Их распространение зависит от географической широты.

Биогенное вещество — вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь большую часть атмосферы, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д.

Косное вещество — продукты, образующиеся без участия живых организмов.

Биокосное вещество - вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.

Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.

Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.

Вещество космического происхождения.

 

33)В результате трофических взаимодействий различных особей в экосистеме создается определенная трофическая структура. Ее можно выразить в видеэкологических пирамид, основанием которых является первый трофический уровень (уровень продуцентов), а последующие этажи и вершину образуют последующие уровни. Экологические пирамиды можно отнести к трем основным типам:

Пирамиды численности, которые отражают численность отдельных организмов;

Пирамиды биомасс, характеризующихобщуюмассуособей каждоготрофического уровня;

Пирамиды продукции, характеризующие продукцию каждого трофического уровня.

Пирамиды численности, как правило, наименее информативны и показательны, поскольку численность организмов одного трофического уровня в экосистеме в значительной степени зависит от их размеров. Например, масса одной лисицы равна массе нескольких сотен мышей.
Обычно численность гетеротрофных организмов в экосистеме выше, чем автотрофных. На одном дереве (первый трофический уровень) может кормиться до нескольких тысяч насекомых (второй трофический уровень). С повышением трофического уровня гетеротрофных организмов средние размеры особей находящихся на нем обычно повышаются, а их численность снижается. Поэтому пирамиды численности в экосистемах часто имеют вид «новогодней елки».

Пирамиды биомасс гораздо лучше выражают соотношения между разными трофическими уровнями экосистемы. В целом, биомасса более низких уровней превышает биомассу более высоких. Однако из этого правила имеются существенные исключения. Например, в морях биомасса растительноядного зоопланктона существенно (иногда в 2 – 3 раза) больше биомассы фитопланктона, представленного преимущественно одноклеточными водорослями. Это объясняется тем, что водоросли очень быстро выедаются зоопланктоном, но от полного выедания их предохраняет очень высокая скорость деления их клеток.

Наиболее полное представление о функциональной организации экосистем даютпирамиды продукций. При этом величины продукций каждого трофического уровня лучше представлять в единых единицах измерения, лучше всего в энергетических. В таком случае пирамиды продукций будут являться пирамидами энергий.
В противоположность пирамидам численности и биомассы, отражающим статику системы (т.е. характеризующим количество организмов в данный момент времени), пирамиды продукции характеризуют скорости прохождения энергии пищи по трофическим цепям. Если правильно учтены все величины поступления и расхода энергии в трофической цепи, то в соответствии со вторым законом термодинамики пирамиды продукции всегда будут иметь правильную форму.

Численность и биомасса организмов, которые может поддерживать какой-либо уровень в тех или иных условиях зависит не от количества фиксированной энергии, имеющейся в данный момент на предыдущем уровне (т.е. от биомассы последнего), а от скорости продуцирования пищи на нем.

 

Круговорот в природе
Возникновение биогенного круговорота веществ (воды, углерода, азота, серы и фосфора) в природе, роль научно-технического прогресса в нем. Теоретические основы понятия "биогеохимический цикл", большой и малый геологический круговорот химических элементов.
Круговорот веществ в природе

Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологический) и малый (биогеохимический).

Большой круговорот веществ в природе (геологический)

обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.
Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в зону высоких температур и давлений. Там они переплавляются и образуют магму — источник новых магматических пород. После поднятия этих пород на земную поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит трансформация их в новые осадочные породы Символом круговорота веществ является спираль, а не круг. Это означает, что новый цикл круго

Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологический) и малый (биогеохимический).
Большой круговорот веществ в природе (геологический) обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.
Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в зону высоких температур и давлений. Там они переплавляются и образуют магму — источник новых магматических пород. После поднятия этих пород на земную поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит трансформация их в новые осадочные породы Символом круговорота веществ является спираль, а не круг. Это означает, что новый цикл круго-
Солнечная энергия
Магматические породы
Магматические породы
Выветривание, перенос, отложение, окаменение
Кристаллизация
Осадочные породы
Магма
Метаморфизм
Переплавление
Метаморфические породы
. Энергия радиоактивного распада

Большой круговорот — это и круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с поверхности Мирового океана (на что затрачивается почти половина поступающей к поверхности Земли солнечной энергии), переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока. Круговорот воды происходит и по более простой схеме: испарение влаги с поверхности океана — конденсация водяного пара — выпадение осадков на эту же водную поверхность океана.
Подсчитано, что в круговороте воды на Земле ежегодно участвует более 500 тыс. км3 воды.
Круговорот воды в целом играет основную роль в формировании природных условий на нашей планете. С учетом транс-пирации воды растениями и поглощения ее в биогеохимическом цикле, весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн лет