Биологическая очистка сточных вод

Биологическая очистка сточных вод

С каждым годом окружающая среда загрязняется большими темпами. Человечество нуждается в эффективных системах быстрой очистки водоемов. Главный источник загрязнения окружающей среды – производственные сточные воды. Они изменяют жизнь гидробионтов, а соответственно и качество воды.

Большинство водоемов невозможно использовать для санитарно-бытовых и рыбохозяйственных нужд. Водоочистка стоков предприятий и водоподготовка для их дальнейшего использования стоит на первом месте. Основная проблема очистки – большое разнообразие примесей различного химического и биологического состава. Их разнообразие растет с развитием новых материалов и технологий. Популярным способом очистки является биологическая очистка производственных сточных вод на основе активного ила. Симбиотические иловые культуры выделяют технический кислород, необходимый для биологического окисления. За последнее десятилетие аэрационное оборудование подверглась значительной модернизации, которая повысила его производительность в несколько раз. Однако в биологической очистке сточных вод существует ряд нерешенных проблем. Народное хозяйство остро нуждается в их решении.

Методы биологической очистки основаны на работе системы сточная воды — активный ил. Она имеет сложную структуру с несколькими уровнями. В основе биологической очистки сточных вод лежит реакция окисления в результате ряда процессов. Начинается все с низшего уровня – обмена электронов между атомами, а заканчивается сложным биоценозом. Активный ил состоит из множества различных популяций простейших организмов, находящихся в динамическом равновесии. Оно допускает малое отклонение концентрации в активном иле определенных видов.

Биологическая очистка сточных вод может проходить как в природных условиях, так и в искусственно созданных человеком.

Природная очистка включает:

Сооружения биологической очистки используют в определенных условиях:

  • средняя температура воздуха более 10 градусов;
  • грунтовые воды должны залегать на глубине большей метра от поверхности;
  • должно быть обеспечение нужной площади для возведения требуемых сооружений.

Если не соблюдается температурное требование в течении всего года, то прибегают к сезонной эксплуатации очистных станций.

Естественная биологическая очистка на основе грунта не всегда возможна. Часто санитарные условия, особенности местного климата и грунта не позволяют обеспечить требуемые условия для качественной очистки. Прибегают к искусственной биологической очистке сточных вод. К подобным сооружениям относят:

  • биофильтраторы;
  • биодисковые фильтры;
  • биофильтры на основе пеностекла и пластмасс;
  • биореакторы;
  • аэрационные установки с полным окислением;
  • аэрационные установки на основе аэробной стабилизации лишнего активного ила.

Данный тип биофильтров особенно эффективен при небольших расходах воды и большом содержании органических веществ. Основные достоинства: простота и удобства в использовании, быстрая очистка в течение 0,5 часа.

Традиционными вариантами биофильтров является загрузка из керамзита и щебня. Пеностекло придает ряд преимуществ сооружениям биологической фильтрации. В первую очередь это строительный материал для обеспечения теплоизоляции. Пеностекло обладает высокой прочностью; хорошо противостоит влаге, пару и газу; не поддается воздействию продуктов разложения и кислот; выдерживает высокие и низкие температуры. Активная площадь для адсорбции может достигать 200 квадратных метров на кубометре. Благодаря большому количеству пор пеностекло может удерживать большую поверхность биопленки. Очистка происходит быстро и эффективно. Вода с помощью оросителя разбрызгивается по всей поверхности биофильтра.

Пластмассовая загрузочная масса моет быть трех видов:

  • жесткая – части труб;
  • жестко-блочная – пластмассовые листы плоской и гофрированной формы;
  • мягкая – пластмассовые пленки.

Благодаря использованию пластмассовой загрузки достигается увеличенная активная поверхность и повышенная пустотность. Биопленка плохо сцепливается с поверхностью, что провоцирует организацию только тонкого слоя.

Пластмассовые биофильтры не заиливаются – достигается максимальный приток кислорода для окислительных реакций.

Однако у них есть свои минусы:

  • вода поступает неравномерно, что негативно сказывается на работе аэротенков;
  • биопленка местами может высыхать;
  • разность температур в биопленки;

Для ликвидации перечисленных недостатков очистки отфильтрованные сточные воды повторно переганяют через биофильтры. Рециркуляция воды требует дополнительную энергию.

Биодисковые фильтры используют при загрузке до 1 тыс. кубометров воды. Фильтрующей массой служит синтетический материал с низкой плотностью в форме дисков. Фильтры состоят из множества секций с движущейся загрузкой. Диски закреплены на горизонтальном волу с дистанцией в 20 мм. В штатном режиме работы диски погружают в воду на 40-45%, но бывает и более. Размер дисков определяет производительность сооружения.

Биодисковые фильтры фильтруют воду следующим образом: перфорированная поверхность вращающихся дисков покрыта биопленкой, а в создаваемых гидродинамических условиях отторгнутая биопленка работает с прежней производительностью. Таким образом, наблюдается два режима работы одновременно: закрепленного биоценоза и активного ила. Кислород для микроорганизмов поступает из атмосферы. Время очистки в биодисковых фильтрах равняется 1-1,5 часа, а в обычных аэротенках – 6 часов. К тому же этот вид биохимической очистки сточных вод не требует больших площадей, легко переносит перемены в нагрузке и потребляет мало электроэнергии.

Биодисковые фильтры имеют от 3 до 6 секций. Максимальная нагрузка идет на первые два диска. Нитрификация и понижение концентрации азота начинает происходить в третьей секции и продолжается в остальных. Достигнутый результат превосходит классические аэротенки на 40%. Иногда назначают дополнительную доочистку от азотистых солей. Биопленка удаляется с помощью гравитации.

Биофильтраторы используются при низком потреблении воды – до 600 кубометров. В процессе биологической очистки сточных вод удаляются разнообразные загрязнения в любой концентрации. Сооружения стоят не много и потребляют мало электроэнергии. Плюсами являются простата в использовании и отсутствие особого ухода.

В биофитраторах предусмотрено две зоны: сорбционная и осветление. В сорбционной зоне вращаются диски из пористого материала (пенопласта) с помощью мотора-редуктора. Разделительная перегородка имеет специальные отверстия для перелива жидкости и взвешенной биопленки. В зоне осветления активный ил оседает и отсасывается назад в сорбционную зону, что обеспечивает обмен биомассой. Отфильтрованную воду выводят из биофильтратора.

Для усиления биопроцессов используют струйную аэрацию. В этом случае мотор-редуктор уже не нужен. Метод эффективен при очистки воды больших объемов и высокой степенью загрязнения БПК.

Биореакторы представляют собой многоступенчатую установку с движущимися барабанами. Производительность этого типа сооружения от 50 до 700 кубометров в сутки.

Они состоят из каскада цилиндрических емкостей, объединенные в систему сообщающихся сосудов. Вода самотеком проходит по патрубкам. Что бы обеспечить равномерную подачу воды, в первом поддоне предусматривают специальный карман с щелевым переливом. Очищенная жидкость собирается в сборном канале после последней емкости.

Каждая емкость загружена волокнистым барабаном для закрепления биопленки. Он достаточно легкий и может легко вращаться для естественной аэрации. Для обеспечения движения всех барабанов достаточно одного привода. На дне емкостей предусмотрены сборно-отводящие каналы для сбора осадка. Он собирается со всех бункеров и подвергается обезвоживанию. В низу биореактора установлены перфорированные трубы для восстановления ершей методом барботирования.

Использовать биореакторы могут даже неквалифицированные работники. На их работу не влияет степень загрязнения сточной воды органическими веществами.

Аэроционные установки эффективны в небольших населенных пунктах. Существует два вида аэрационных установок:

  • с полным окислением;
  • со стабилизацией лишнего активного ила.

Оба вида хорошо зарекомендовали в любых климатических условиях, на любом грунте и гидрогеологических показателях. Они не нуждаются в большой площади для сооружений.

Позволяют полностью очистить стоки. Окончательное кисление достигается в 3 этапа:

  1. большая концентрация органических примесей сточной воды обеспечивает активный рост микроорганизмов;
  2. количество органики снижается, что ограничивает рост микроорганизмов; можно наблюдать зависимость между увеличением активного ила и оставшейся органикой;
  3. размножение микроорганизмов сокращается из-за дефицита органики; микроорганизмы начинают перерабатывать отмершие организмы – происходит минерализация активного ила.

Общий прирост ила незначительный в процессе всего окисления. Его забирают в среднем через 2-3 месяца.

Существуют компактные установки (КУ) в виде одного металлического блока. Это небольшой аэротенко-отстойник с принудительной циркуляцией активного ила. Пропускная способность установок 12 и 25 кубометров в сутки. Они оснащены щитами для защиты от низких температур зимой.

Аэрационные установки со стабилизацией излишков активного ила

Под аэробной стабилизацией понимают окисление органики при принудительной подаче кислорода. Кинетически процесс схож с окислением в аэротенках. Производительность не превышает 1,4 тыс. кубометров воды за сутки. При незначительно концентрации загрязнений процесс очистки не занимает много времени и труда. Используют механическую и пневматическую аэрацию. Затрудняют очистку токсичные и агрессивные вещества, которые плохо окисляются. Основные достоинства этого метода:

  • простая конструкция сооружений;
  • нет вероятности взрыва;
  • отличные санитарно-гигиенические показатели4
  • возможно автоматизация процесса;
  • простое обслуживание.

Осадок перерабатывается в аэробных условиях без подачи кислорода. Органические вещества разлагаются благодаря работе аэробных микроорганизмов. Примерами могут быть:

  • биотуалеты для домов;
  • септики;
  • отстойники и осветлители с двумя ярусами – перегниватели.

В септиках и перегнивателях сточные воды отстаиваются и обрабатывается осадок.

Если обеспечена подача кислорода, то органика в осадке окисляется:

Естественная биологическая очистка не нуждается в дополнительной доочистки. Если фильтрующие колодцы правильно построены и работают, то санитарная обстановка вокруг сооружения удовлетворительна.

Фильтрующие колодцы и биологические пруды используются для доочистки в некоторых технологиях. Они расположены за сооружениями биологической очистки.

Биологические пруды могут иметь искусственную или естественную подачу воздуха. Концентрация органики снижается до 5 мг/л. Они просты, надежны и экономичны.

Если отсутствует возможность постройки биологических прудов, то прибегают к искусственным способам доочистки стоков.

Загрузочный материал расположен по убывающей зернистости. Используемый материал не является дефицитным и расположен на многих районах. Каркас и фракцию засыпки подбирают так, что бы зерна свободно поступали в каналы. В верхних слоях сточные воды очищаются от взвесей, а в нижних происходит тонкая очистка. Для песчаных фильтров нужно сооружение большого объема.

Микрофильтры состоят из сеточного металлического барабана. Очистка БПК до 30%, а взвешенных примесей – до 70%.

Намывные фильтры – емкость с монтированными сетчатыми элементами. Фильтрующий материал намывается на сетки и очищает воду. Сточная вода после намывных фильтров схожа по составу с речной.

Метод очистки выбирается по следующим показателям:

  • ежедневное потребление воды;
  • неравномерность подачи сточной воды;
  • период работы очистных станций: сезонно, целый год;
  • система канализации;
  • средняя концентрация органики, фосфатов и азота;
  • требования к очищенной воде;
  • местные условия расположения очистных сооружений.

В начале, следует выбирать естественные методы очистки – они самые экономичные. Очистные станции должны полностью очищать и обезвреживать воду для ее дальнейшего беспроблемного использования.

Эффективная работа биологических очистных сооружений без капитальных затрат

Эффективная работа биологических очистных сооружений без капитальных затрат

Физический и моральный износ оборудования очистных сооружений промышленных предприятий, как правило, приводит к существенным превышениям норм концентрации большого спектра загрязнителей в сточных водах предприятия.

Успешное решение, найденное инженерами и технологами Сызранского НПЗ, позволило существенно снизить содержание в сточных водах таких загрязнителей, как: нефтепродукты, фенолы, ХПК, и элементы азотной группы и стабилизировало работу биологических очистных сооружений.

Рис. 1. Коридор аэротенка до проведения опытно-промышленных испытаний

Наиболее мощный слой пены наблюдался на поверхности воды в первых коридорах (зонах регенерации активного ила), наличие аэрации в них наблюдалось в виде редких, значительно удаленных друг от друга участков выброса воздуха. В третьих коридорах были отмечены небольшие прогалины открытой воды с интенсивным выбросом воздушных пузырьков.

В иловых камерах активный ил имел вид густой темной (черной) жидкости с характерным запахом нефтепродуктов (рис. 2).

Рис. 2. Иловая камера до проведения опытно-промышленных испытаний

Данные лабораторного контроля качественного состава поступающих стоков и очищенных сточных вод, полученные до начала испытаний и после их завершения, представлены в таблице 1.

Таблица 1. Показатели качества сточных вод

Выбор препаратов и разработка программы опытно-промышленных испытаний основывались на результатах лабораторных исследований биопрепаратов и опыте их применения в аналогичных ситуациях. Программа испытаний включала в себя 4 этапа.

На первом этапе ежедневно в течение двух дней жидкий препарат вводился в виде залпового объема последовательно в зоны биологического окисления и зоны регенерации аэротенков для обеспечения равномерного поступления препарата в каждую точку работающих аэротенков.

На втором этапе проводилась периодическая подача смеси жидкого биопрепарата и стимулятора в каналы смесителя в равных объемах для поступления их с загрязненными стоками через приемный канал и далее в начало вторых коридоров. Результатом работы первого и второго этапов было оздоровление активного ила.

На третьем этапе водный раствор смеси жидкого биопрепарата и стимулятора вводился с помощью насоса-дозатора в приемный колодец, откуда он поступал в смеситель и приемные каналы аэротенков, и далее в начало вторых коридоров аэротенков. На четвертом этапе, по аналогии со вторым, проводилась периодическая подача смеси жидкого биопрепарата и стимулятора в приемный колодец.

На третий день испытаний было отмечено существенное понижение (на 15-20 см) уровня пены во всех коридорах аэротенков. В третьих коридорах (рис. 3а) заметно увеличилось пространство «открытой воды», что свидетельствует о стабилизации кислородного режима в аэротенке и снижении концентраций губительных для активного ила органических соединений. В последующие дни уровень пены во втором и третьем коридорах аэротенка постепенно снижался. Пространство «открытой воды» к пятнадцатому дню (середине) испытаний достигло 60 – 80 % (Рис. 3б).

Рис. 3 Коридоры аэротенка в период опытно-промышленных испытаний;

а- 3-ий день испытаний, б-15-ый день испытаний.

Состояние ила в иловых камерах вторичных отстойников также изменилось, жидкость (ил) приобрела коричневый цвет, характерный запах нефтепродуктов исчез (рис. 4).

Рис. 4. Иловая камера в период опытно-промышленных испытаний.

Наблюдения за работой БОС в процессе проведения ОПИ и лабораторные исследования показали высокую эффективность составленной программы испытаний. В результате комплексной схемы применения биопрепаратов был восстановлен процесс нитрификации, была достигнута средняя концентрация аммонийного азота в очищенной воде 0,52 мг/дм 3 (ПДК – 0,5 мг/дм 3 ) при устойчивой тенденции к ее снижению во времени, в ряде случаев концентрация аммонийного азота была снижена в 20 – 30 раз относительно исходной. Отмечается положительная динамика снижения биологической (БПК) и бихроматной (ХПК) окисляемости, достижение нормативных значений для этих показателей возможно в условиях увеличения времени окисления в аэротенках за счет сокращения времени регенерации активного ила. Концентрация нефтепродуктов и фенолов соответствует допустимым нормам.

Опыт эксплуатации очистных сооружений с применением аналогичных биопрепаратов свидетельствует о том, что близкая к максимальной и стабильная эффективность их действия (в том числе в части удаления нефтепродуктов, ХПК, фосфатов и пр.) достигается не ранее, чем через 2-3 месяца от начала комплексного программного применения. Программа испытаний, реализованная совместными усилиями технологов НПЗ и специалистами ГК «Терра Экология» на очистных сооружениях Сызранского нефтеперерабатывающего завода, позволила достигнуть нормативных показателей по очистки воды и стабильной работы БОС в течение 1 месяца применения препаратов. Устойчивый положительный эффект по всем показателям сохранялся в течение 6 месяцев после проведения ОПИ.

Микроскопический анализ активного ила после применения комплекса биопрепаратов доказал его стабильность. Биоценоз ила представлен 14 видами микроорганизмов, где преобладают прикрепленные формы, обеспечивающие его устойчивость. Присутствие крайне редко встречающихся видов Epistylisplicatilis и Notommata характеризует биоценоз как активный и хорошо развитый, наличие в нем нитрифицирующих бактерий также является положительным фактором. Нитчатые и серобактерии, которые обычно вызывают вспухание ила, как правило встречаются во всех типах ила, но в исследуемом случае они были малочисленны и представлены единичными группами. В целом ил был охарактеризован как стабильный, способный обеспечить высокое качество очистки сточных вод.

  1. Реализуемые технологии биологической очистки сточных вод смешанного состава (бытовые и промышленные) в условиях непостоянства состава и шоковых нагрузок зачастую не обеспечивают нормативного качества очищенных сточных вод.
  2. Опытно-промышленные испытания показали эффективность составленной технологами ГК «Терра Экология» программы по применению комплекса биопрепаратов на очистных сооружениях Сызранского нефтеперерабатывающего завода. Были достигнуты нормативные показатели качества сточных вод по контролируемым показателям, обеспечена устойчивая работа БОС.
  3. Данное решение является экономически обоснованной альтернативой дорогостоящих капитальных затрат на реконструкцию и модернизацию комплексов биологической очистки сточных вод промышленных предприятий, и позволяет значительно увеличить срок эффективной эксплуатации БОС.

Источники:
Биологическая очистка сточных вод
Популярным способом очистки является биологическая очистка сточных вод на основе активного ила. В последние годы оборудование и технологии сильно изменились.
http://vse-o-vode.ru/industry/biologicheskaya-ochistka-stochnyx-vod/
Эффективная работа биологических очистных сооружений без капитальных затрат
Статья о успешном решении, найденном инженерами и технологами Сызранского НПЗ, которое позволило существенно снизить содержание в сточных водах таких загрязнителей, как: нефтепродукты, фенолы, ХПК, и элементы азотной группы и стабилизировало работу биолог
http://www.terra-ecology.ru/stati_i_poleznaya_informaciya/stati_po_promyshlennoj_ekologii/effektivnaya_rabota_biologicheskih_ochistnyh_sooruzhenij_bez_kapitalnyh_zatrat/

COMMENTS