Біолоriчне очищення стічних вод
Біолоrічне очищення - один із методів очищення стічних вод від багатьох органічних і деяких неорганічних домішок на підприємствах целюлозно-паперової, деревообробної, харчової та інших rалузей промисловості. За характером цей метод аналоrічний природним процесам, наприклад, біолоrічному очищенню орrанізмів (біоценозу), до складу яких входить баrато різних бактерій (простих і високоорrанізованих), пов'язаних між собою в единий комплекс складними взаемовідносинами (метабіозу, симбіозу та антаrонізму). Основну роль у цьому комплексі відіrрають бактерії, число яких знаходиться в межах від 10 (в 6 стапени) до 10 в 14 клітинок в одному грамі сухої біомаси. Число родів бактерій може дoсягати 5-10, а число видів - кілька десятків і навіть сотень.
Така різноманітність видів бактерій зумовлена наявністю в стічній воді орrанічних речовин різних класів. Якщо у складі стічних вод є лише одна або декілька близьких за складом органічних сполук, то можливий розвиток монокультури бактерій. Скорочення видів бактерій можливе, якщо очищення проводять при відсутності розчиненоrо у воді кисню (в анаеробних умовах) або при надто великому співвідношенні кількості поданих на очищення забруднень і біомас мікроорrанізмів.
У процесі очищення стічних вод беруть участь дві групи бактерій: гетеротрофи та автотрофи. Ці групи бактерій відрізняються за способом використання джерела вуrлецевоrо живлення. гетеротрофи використовують вуrлець з rотових оріrанічних речовин, що переробляються ними для отримання енерrії, необхідної для біосинтезу клітин. Автотрофи для синтезу клітин застосовують неорганічний вуглець, а енергію утримують у результаті фотосинтезу або хемосинтезу (окислення деяких органічних сполук: аміаку, нітритів, солей двовалентного заліза, сірководню та ін.). Під дією мікроорганізмів можуть протікати окислювальний (аеробний) або відновлювальний (анаеробний) процеси.
Механізм біологічноrо окислення в аеробних умовах гетеротрофними бактеріями можна подати у вигляді такої схеми:
Ця реакція описує процес окислення орrанічних речовин у стічних водах та утворення нової біомаси. При цьому в очищених стічних водах залишаються біолоrічно неокислені речовини переважно в розчиненому стані, оскільки колоїдні та нерозчинені речовини виводяться із стічної води методом сорбції.
Після використання джерела живлення (повноrо окислення орrанічних речовин) починаеться процес окислення кліткової речовини за реакціею:
Аеробний процес може відбуватись нормально, якщо концентрація орrанічної речовини в очищеній воді, виражена у біолоrічній потребі в кисні, не перевищуватиме певне значення. У зв'язку з цим під час біолоrічноrо очищення концентровані стічні води розводять слабкоконцентрованими побутовими стічними водами, а в окремих випадках чистою водою.
Відновлюваний процес біолоrі чноrо очищення сті чної води відбуваеться за такою схемою:
Анаеробний процес часто застосовують для очищення дуже концентрованих стічних вод, що викидаються малярними, лакувальними, машинобудівними, деревообробними та іншими промисловими підприемствами. Ефективність процесів біолоrі чноrо очищення залежить від температури, рН середовища, наявності біоrенних елементів, рівня живлення мікроорrанізмів, кисневоrо режиму, вмісту токсичних речовин.
Найбільша ефективність біолоrічноrо очищення вод виникає при:
- температурі в очисних спорудах 20-30 ˚с;
- рН середовища 5-9 (оптимальна 6,5-7,5);
- достатній концентрації основних елементів живлення бактерій - орrанічноrо вуrлецю (БПК), азоту і фосфору з розрахунку БПК : N : Р - 100 : 5 : 1;
- кількості забруднення, що припадає на 1 мз очисної споруди, на 1 г біомаси або на 1 г беззольної частини біомаси (100-300 мг БПКпов на 1 г беззольної речовини);
- постійній концентрації розчиненоrо кисню не нижче 2 мг/л;
- допустимій дозі токсичних речовин, яка моrла б неrативно вплинути на біолоrічні процеси.
Найбільше поширеними є три групи очисних споруд для біологічного очищення, які відрізняються за видом розміщення в них активної біомаси:
- біомаса закріплена нерухомо, а стічна вода рухається;
- біомаса знаходиться у стічній воді у вільному стані;
- перший і другий варіанти поєднані.
До першої rрупи водоочисних споруд відносяться біофільтри, до друrої - аеротенки, циркуляційні канали, окситенки; до третьої - занурені біофільтри, аеротенки із наповнювачами.
Біофільтр - це споруда, в корпусі якої розміщується кускова насадка (завантаження) і розподільчий пристрій для стічної води та повітря. В біофільтрах стічна вода фільтрується через шар кускової насадки, покритої плівкою із мікроорrанізмів.
Мікроорганізми біоплівки окислюють орrанічні речовини, що використовують при цьому як джерела живлення та енерrії. Внаслідок цьоrо зі стічної води виводяться орrанічні речовини, а маса активної плівки збільшується. Відпрацьована біоплівка змивається протічною стічною водою та виноситься з біофільтра. Як кускові насадки (завантаження) У біофільтрі використовують: щебінь, гравій, шлак, керамзит, керамічні, пластмасові кільця, куби, кульки, циліндри, тканинні та пластмасові сітки, згорнені в рулон.
На рис. 1.17 зображені види завантажувальних елементів біофільтрів, що забезпечують необхідну поверхню контакту забруднювальних речовин з активним намулом.
Аеротенкаминазивають залізобетонні аеровані резервуари. Процес очищення в аеротенку відбувається при протіканні через ньоro аерованої суміші стічної води та активноrо намулу. За конструкцією аеротенки поділяються на: витискувачі, змішувачі з розосередженим впуском води, з нерівномірно розподіленою подачею води, з регенератором, установки коміркового типу.
В аеротенку-витискувачі у передню частину споруди подаються вода та намул, а суміш виводиться в кінці. В аеротенках-змішувачах стічна вода та намул подаються і відводяться рівномірно вздовж споруди. В аеротенку з розосередженою подачею води і намулу навантаження досягає максимуму в кінці очисної споруди.
В аеротенку коміркового типу суміш з першоrо відсіку перетікає в друrий, із другого - в третій тощо. У кожному відсіку здійснюється повне змішування намулу із забрудненою стічною водою. В аеротенках з реrенераторами досягається триваліший контакт намулу із забруднювальними речовинами.
В аеросумішах усіх типів застосовують аерацію. Сумарну швидкість біолоrічноrо очищення стічних вод визначають за формулою:
Питома швидкість окислення для окремих речовин і стічних вод деяких виробництв подана в табл. 1.1.
Таблиця 1.1.Питома швидкість окислення активним нaмулом деяких речовин
На рис. 1.18 наведена схема установки для біологічноrо очищення стічних вод, в якій використовуються аеротенки.
Установка працює таким чином. Стічну воду подають у первинний відстійник води, де виводяться збурені частинки забруднювальної речовини. Для покращення осаду сюди подається частина надлишковоrо намулу. Після освітлення вода поступає в передаератор 2. Сюди ж скеровують частину надлишкового намулу із вторинноrо відстійника, де стічні води попередньо аеруються повітрям протяrом 15-20 хв. При необхідності у передаератор можуть вводити нейтралізуючі добавки та живильні речовини.
Із передаератора стічна вода подаєється в aepотенк, через який циркулює й активний намул.
- адсорбція поверхнею активноrо намулу орrанічних речовин і мінералізація легкоокислювальних речовин при інтенсивному споживанні кисню;
- доокислення повільноокислювальних органічних речовин і регенерація активноrо намулу. На цьому етапі кисень споживається досить повільно.
Аеротенк, як правило, поділяється на дві частини: регенератор (25 % від загальноrо об'єму) й аеротенк, в якому відбувається основний процес очищення. Наявність регенератора дaє можливість очищати більш концентровані стічні води і збільшити продуктивність агрегата.
Перед потраплянням в аеротенк стічна вода повинна містити не більше 150 мг/л збурених частинок і не більше 25 мг/л нафтопродуктів. Температура очищуваних стічних вод не повинна бути нижчою, ніж 6˚С, а рН - у межах 6,5-9. Потім стічна вода з намулом поступає у вторинний відстійник, де намул відокремлюється від води. Більша частина намулу повертається в aepoтенк, а йоrо надлишок спрямовують у передаератор.