Очистка сточных вод в аэротенках

Методы биологической очистки сточных вод

 

Биологическая очистка сточных вод основана на способности гетеротрофных микроорганизмов использовать загрязнения сточных вод в качестве источников питания и энергии.. Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы подвергают их биохимическим превращениям, частично разрушают их, превращая в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы и др. Другая часть вещества идет на образование биомассы.

Известны аэробные и анаэробные методы биологической очистки сточных вод. Аэробная очистка основана на использовании аэробных групп микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходимо наличие свободного кислорода (в виде О₂) в среде и температура 20-40⁰С. При изменении кислородного и температурного режима состав и количество микроорганизмов меняются. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле или биопленке.

Анаэробные методы очистки протекают без доступа свободного кислорода. Они используются преимущественно для обработки осадков сточных вод.

Биологическая очистка сточных вод может осуществляться в естественных условиях (на полях фильтрации или полях орошения, в биологических прудах) и искусственных условиях (в аэротенках, биофильтрах).

 

Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях

Поля фильтрации и поля орошения – это специально подготовленные участки земли, на которых сточные воды проходят очистку, фильтруясь сквозь почву. Сорбированные почвой загрязнения окисляются микроорганизмами, населяющими почву.

Поля фильтрации предназначены только для биологической очистки сточных вод.

На полях орошения выращивают сельскохозяйственные культуры. Сточные воды используются для полива сельскохозяйственных культур, а содержащиеся в них загрязнения являются источниками питательных элементов для растений. На полях орошения выращивают сельскохозяйственные культуры, плодовые деревья и декоративные растения.

Сущность процесса биологической очистки сточных вод на полях орошения и фильтрации состоит в том, что при фильтровании сточных вод через слой земли из воды удаляются взвешенные и коллоидные вещества. На частицах почвы развивается пленка микроорганизмов, которая адсорбирует на своей поверхности коллоидные и растворенные загрязнения. Микроорганизмы окисляют задержанные загрязнения до минеральных соединений, используя проникающий в почву кислород воздуха. Наиболее интенсивно окисление происходит в верхнем слое почвы до глубины 0,2-0,4 м.

Поля фильтрации устраивают на хорошо фильтрующих почвах (песчаных, суспенчатых) при спокойном рельефе местности и уровнем залегания грунтовых вод ниже 1,5 м.

Сточные воды подаются под напором или самотеком в распределительный колодец, расположенный в самой высокой точке полей орошения. Из распределительного колодца сточные воды поступают в оросительные каналы для распределения по полям орошения. Очищенную сточную воду, профильтровавшуюся через почву, отводят при помощи дренажной сети.

 

Биологические пруды предназначены для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Процесс очистки сточных вод в биологических прудах в целом аналогичен процессам, происходящим при самоочищении водоема.

Различают пруды с естественной и искусственной аэрацией. Пруды с искусственной 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 воздуха. Водоросли, в свою очередь, потребляют углекислый газ, фосфаты и аммонийный азот, выделяемые при биохимическом разложении органических веществ. Для нормальной работы биологических прудов необходимо соблюдать оптимальные значения рН и температуры сточных вод (должна быть не менее 6 °С). В зимнее время биологические пруды не работают.

 

Биологическая очистка сточных вод в искусственных условиях

Очистка сточных вод в аэротенках

 

Аэротенк представляет собой открытый железобетонный резервуар, оборудованный устройствами для принудительной аэрации. Очистка сточных вод в аэротенке осуществляется при протекании через него смеси сточных вод и активного ила. Аэрация необходима для насыщения очищаемой воды кислородом воздуха, перемешивания и поддержания активного ила во взвешенном состоянии.

Активный ил представляет собой биоценоз микроорганизмов, способных сорбировать на своей поверхности органические загрязнения сточной воды и окислять их. При этом определенный вид бактерий способен окислять определенные вещества. Бактерии, входящие в состав активного ила, способны перерабатывать только те сточные воды, из которых сформировался этот активный ил. Поэтому, если в составе очищаемых промышленных стоков появятся новые вещества, например при изменении технологии производства, то потребуется время, чтобы бактерии, способные окислить именно эти вещества, размножились в достаточном количестве и смогли обеспечить наилучшую очистку.

Иногда даже приходится завозить на вновь создаваемое предприятие активный ил с другого предприятия, где очищаются аналогичные по составу воды и где в активном иле распространены нужные виды бактерий.

Обычно концентрацию активного ила поддерживают равной 2–4 г/л. В ходе очистки активный ил время от времени выводят из очистных сооружений, так как его количество растет. Часть его при этом используется в качестве ценного удобрения, если нет тяжелых металлов, часть стабилизируют, т. е. обрабатывают избытком кислорода для удаления всевозможной органики, предотвращая таким образом гниение.

Второй метод аэробной очистки в искусственных сооружениях – очистка сточных вод в биологических фильтрах. Метод биологической капельной фильтрации был впервые использован в XIX веке (1866 г.) в Лондоне.

Биологический фильтр (биофильтр) – сооружение, в котором сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биопленкой, образованной колониями микроорганизмов. Микроорганизмы биопленки окисляют органические загрязнения и используют их в качестве источников энергии и питания. В результате этого из сточной воды удаляются органические вещества, а масса биопленки увеличивается. Омертвевшая биоплёнка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.

Биофильтр состоит из следующих частей:

1. корпуса прямоугольной или круглой в плане формы, закрепленного на железобетонных опорах;

2. фильтрующей загрузки, на поверхность которой развивается слой микроогранизмов – биопленка.

3. водораспределительного устройства, которое обеспечивает равномерное орошение загрузки сточной водой;

4. дренажного устройства для сбора и удаления очищенной воды;

5. вентиляционного устройства для аэрации биофильтра.

В качестве загрузки, на которой развивается пленка микроорганизмов, в биофильрах используют щебень, гравий, керамзит, а также элементы из полимерных материалов (рулоны из полипропиленовой сетки, гофрированные пластмассовые листы и т. п.).

Очищенная в аэротенках или биофильтрах вода поступает в отстойник, где из воды под действием силы тяжести выделяется активный ил или биопленка.

 

Анаэробная биохимическая очистка. В случае, если БПК намного выше нормы, а также для удаления избытка активного ила и отходов сельскохозяйственных продуктов применяют анаэробную биохимическую очистку в метантенках (реактор с мешалкой и теплообменником). При этом источником кислорода в воде служат кислородосодержащие анионы: NO ; SО

; CO .

В основе метанового брожения лежит способность сообществ определенных микроорганизмов в ходе жизнедеятельности сначала в фазе кислого водородного брожения с помощью бактерий гидролизовать сложные органические соединения до более простых, а затем с помощью метанообразующих бактерий превращать их в метан и в угольную кислоту.

При брожении углеводов сначала образуются летучие жирные кислоты, а затем – метан:

С₆Н₁₂О₆ = ЗСН₃СООН + 15 ккал;

 

2СН₃СООН = 2СН₄ + 2СО₂

 

Образующийся газ состоит из метана (65%) и СО

2 (33%) и может быть использован для подогрева самого метантенка до 45–55°С, где происходит анаэробное брожение. Сброженный осадок имеет высокую влажность (95–98%), его уплотняют, сушат, затем используют в качестве удобрения или, если есть токсичные примеси, сжигают.

 

Биологическая очистка применяется для очистки бытовых сточных вод. При очистке производственных сточных вод из них должны быть предвариетльно удалены токсичные (например, тяжелые металлы) и трудно подвергающиеся биологическому окислению загрязнения.

Не все органические вещества разлагаются на станциях биохимической очистки. Так, практически не разрушается бензин, красители, мазут и др. Эффективность биохимической очистки на самых современных установках составляет 90% по органическим веществам и лишь 20–40% – по неорганическим, т. е. практически не снижается солесодержание. Не могут быть очищены воды, содержащие более 1000 мг/л фенолов, 300–500 мг/л спиртов, 25 мг/л нефтепродуктов, т. е. для многих случаев эти методы не эффективны.

 

Читайте также:

Рекомендуемые страницы:

Поиск по сайту

Методы биологической очистки сточных вод: основные способы

Способы и устройства

Биологическая очистка стоков делится на 2 основные разновидности:

1. Естественная. Не используется в качестве основной очистки, а служит скорее дополнительным процессом. В основе естественного преобразования стоков лежит принцип природного удаления или переработки вредных микроорганизмов растительной средой или почвой.
2. Искусственная. Данная разновидность очистки делится на 2 подвида:
   • Аэробная. В аэробных системах применяют бактерии, жизнедеятельность которых возможна только в кислородной среде.
   • Анаэробная. Способ очистки противоположный аэробному – в резервуары помещаются бактерии, для работы которых не требуется избыток кислорода.

Если естественная биологическая очистка используется крайне редко, то аэробный и анаэробный методы получили широкое распространение.

При аэробной очистке используются бактерии вместе с небольшим количеством твёрдых неорганических веществ.

Данная смесь получила название «активный ил». Имеет не слишком плотную структуру и тёмно-коричневый цвет.

Последствиями аэробной очистки являются твёрдые вещества, а после анаэробного воздействия остаётся метан.

Важно! Метан, как и очищенные сточные воды, можно использовать в промышленных или сельскохозяйственных целях.

Рассмотрим более подробно каждый из методов биологической очистки сточных вод.

Биофильтры

В современных биофильтрах используется исключительно аэробная среда. В промышленных масштабах биофильтры представляют собой круглые бассейны больших диаметров. Помимо «активного ила» используется дренажный фильтр – слой шлака или гальки, толщиной от 2 до 5 см.

Последовательность очистки сточных вод в биофильтре:

1. Стоки подаются в бассейн под напором и проходят первичную степень очистки – слой дренажа. Крупные частицы загрязняющих веществ остаются в шлаке или гальке, более мелкие – отстаиваются в открытом резервуаре.
2. После прохождения первой степени очистки, в сточные воды добавляют бактерии – аэробы. Биофильтры имеют открытую конструкцию, поэтому начинается реакция поглощения аэробами загрязняющих веществ.
3. После окончания реакции, на поверхности стоков остаётся тонкая плёнка, которую смывают под напором воды. Остаётся только очищенная техническая жидкость.

Биопруды

Биопруды отличаются от биофильтров уникальностью бактериальной среды – в них может использоваться как анаэробная, так и аэробная среда.

После очистки остается природный ил, который можно использовать в качестве удобрения или кормовой базы.

Чаще всего используют пруды-смесители – конструкции, в которых могут одновременно протекать как анаэробные, так и аэробные процессы. При этом процессы не пересекаются и протекают параллельно.

Метатенки

Данные конструкции созданы исключительно для полной переработки осадка, который возникает после процесса жизнедеятельности анаэробных или аэробных бактерий.

В основе конструкции метантенков преобладают 2 формы:

• цилиндрическая.
• прямоугольная.

Принцип действия:

1. По трубопроводу в метантенк поступает осадок.
2. Запускается специальная система подогрева, ускоряющая процесс разложения элементов. Основным элементом системы служит радиатор, через который проходит пар или жидкость.
3. Жиры и белки, находящиеся в осадке, раскладываются на метан и углекислый газ, которые по другому трубопроводу поступают наружу.
4. Вещества, которые не поддаются полной переработке, высушивают и используют в качестве удобрений.

Фильтрационные или дренажные поля

В основе принципа действия данного сооружения – очистка стоков путём пропускания их через дренажный слой. Основное требование для установки дренажного поля – достаточный уровень грунтовых вод, не менее 1.5 м.

Интересно! Фильтрационные поля могут быть различной формы: от классического параллельного расположения траншей, до уникальной «змейки» или «ёлочки».

Все трубы очистной системы располагаются в одном большом котловане дренажного поля – это основное отличие данной конструкции от фильтрующих траншей.

Каждое дренажное поле имеет несколько очистных отсеков:

• В первом происходит грубое разделение стоков и твёрдых загрязняющих веществ.
• Во втором отсеке на частично очищенную жидкость воздействуют анаэробные бактерии.
• В последнем отсеке переработанный бактериями ил оседает на дно и со временем удаляется.

Аэротенки

Аэротенки по своей конструкции и принципу действия очень похожи на биопруды. В них также происходит смешивание бактериальной среды со стоками, но не природным путём, а под действием аэраторных систем, которые нагнетают большое количество кислорода в резервуары.

Аэротенки – это системы с высоким КПД. Для их непрерывной деятельности необходима постоянная работа аэраторной системы.

Среднее количество кислорода в системе не должно находится ниже отметки 0,5 мг/дм³, а показатель 0,2 мг/дм³ уже считается критическим.

Таблица преимуществ и недостатков

Метод очистки	Преимущества	Недостатки
Биофильтры	Простой монтаж	Низкое качество очистки сточных вод
Биопруды	В прудах-смесителях можно одновременно использовать 2 разновидности бактерий	Высокая стоимость монтажа
Метантенки	Простота конструкции, функционирование без каких-либо автоматизированных систем	Возможен аварийный выброс давления при монтаже жёсткой кровли
Дренажные поля	Не требуется установка систем, нагнетающих кислород в траншеи	Невозможна прокладка при недостаточном уровне грунтовых вод
Аэротенки	Высокий КПД очистки сточных вод	Высокая стоимость аэраторных систем, а также траты на их ремонт и обслуживание

Подводя итоги

Биологическая очистка сточных вод является основной в процессе удаление загрязняющих веществ из стоков. Современные биологические системы гарантируют 90 % результат очистки, что позволяет использовать очищенную жидкость в качестве технической.

56 Аэротенки-вытеснители

Аэротенки-вытеснители, в отличие от аэротенков других типов (аэротенков — смесителей и аэротенков промежуточного типа), представляют собой сооружения, в которых очищаемая сточная вода постепенно перемещается от места впуска к месту ее выпуска. При этом практически не происходит активного перемешивания поступающей сточной воды с ранее поступившей. Процессы, протекающие в этих сооружениях, характеризуются переменной скоростью реакции, поскольку концентрация органических загрязнений уменьшается по ходу движения воды. Аэротенки-вытеснители весьма чувствительны к изменению концентрации органических веществ в поступающей воде, особенно к залповым поступлениям со сточными водами токсических веществ, поэтому такие сооружения рекомендуется применять для очистки городских и близких по составу к бытовым промышленных сточных вод. При отсутствии резких колебаний расхода сточных вод и содержания токсических. веществ вместо аэротенков-смесителей предпочтительнее применять аэротенки-вытеснители, которые отличаются меньшим объемом и простотой конструкции

Аэротенки-вытеснители — длинные  коридорные  сооружения,  в которых вода и активный ил подаются в начало сооружения, а иловая смесь отводится в конце его. При этом практически не происходит перемешивание поступающей воды с ранее поступившей. Такие аэротенки состоят из нескольких коридоров и могут быть со встроенным регенератором  и  без  него.  Длина  таких  аэротенков  достигает 50-150 м  и объем от 1,5 до 30 тыс.м3. В большой степени режиму вытеснения соответствуют конструкции аэротенков ячеистого типа. Они представляют  собой  прямоугольные  в  плане  сооружения,  разделенные  на  ряд отсеков поперечными перегородками. Смесь из первого отсека поступает во второй (снизу), из второго в третий переливается через перегородку (сверху) и т.д. В каждой ячейке устанавливается режим полного смешения, а сумма ряда последовательно расположенных смесителей составляет практически идеальный вытеснитель. При этом предотвращается возвратное движение воды, отсутствует продольное перемешивание

В  аэротенках-вытеснителях  нагрузка загрязнений на ил и скорость их окисления изменяются от наибольших значений в начале сооружения до наименьших в его конце

57 Аэротенка-смесителя

Технологическими особенностями аэротенка-смесителя являются рассредоточенная подача очищаемой воды и активного ила и рассредоточенный отвод иловой смеси по всей длине сооружения, что обеспечивает моментальное перемешивание сточных вод и активного ила, поддерживает постоянными состав иловой смеси и скорость процесса окисления во всем объеме аэротенка (рис. 27.1).

Рис. 27.1. Схема аэротенка-смесигеля (очистные сооружения г. Калинина) 1 — регенератор; 2 — аэротенки; 3 — распределительные каналы активного ила; 4 — распределительные каналы отстоенной воды; 5 — сборные лотки очищенной воды

Аэротенки-смесители можно использовать для очистки высококонцентрированных сточных вод (БПКполн до 1000 мг/л при рН~6—9), в них меньше сказывается влияние токсических веществ и резких колебаний расходов. В связи с этим аэротенки-смесители рекомендуется применять для очистки городских сточных вод с примесью значительного количества промышленных сточных вод, содержащих токсические органические вещества в допускаемых пределах.

Для очистки высококонцентрированных сточных вод аэротенки-смесители целесообразно применять в качестве первой ступени, а аэротенки-вытеснители — на второй ступени.

Расчет аэротенков-смесителей производится по средней скорости окисления органических загрязнений

58 аэротенкам-отстойникам

К аэротенкам-отстойникам относятся сооружения, совмещающие аэротенки и вторичные отстойники, в которых происходит образование взвешенного слоя ила, благодаря чему достигаются более высокий эффект осветления иловой смеси и возможность повышения в аэротенках рабочей концентрации активного ила. Аэротенки-отстойники рекомендуется применять на станциях биологической очистки сточных вод производительностью до 50 тыс. м3/сут. Благодаря внутренней циркуляции активного ила между зонами аэрации и отстаивания не требуется внешней системы возврата ила (иловые насосные станции, илопроводы, каналы и т.д.), что обеспечивает компактность сооружения.

Разновидность аэротенка-отстойника — аэроакселатор, предложенный НИКТИ ГХ, представляет собой круглое в плане сооружение (рис. 27.4). Осветленные сточные воды поступают в нижнюю часть зоны аэрации, куда пневматическим или пневмомеханическим способом, подается воздух, что обеспечивает процесс биохимического окисления, а также создает циркуляционное движение жидкости в этой зоне и подсос иловой смеси из циркуляционной зоны отстойника. Из зоны аэрации иловая смесь через затопленные регулируемые переливные окна поступает в воздухоотделитель и далее в циркуляционную зону отстойника. Значительная часть иловой смеси через щель возвращается в зону аэрации, а отводимые очищенные сточные воды через слой взвешенного осадка поступают в отстойную зону, откуда через круговой сборный лоток удаляются из сооружения.

Для создания постоянной циркуляции в нижней зоне в щели между струенаправляющим козырьком и разделяющей зоны перегородкой укладывается воздуховод, рассчитываемый на подачу 5—8 м3/ч воздуха на 1 м длины трубопровода. Поддержание слоя активного ила во взвешенном состоянии обеспечивается соответствующей степенью рециркуляции иловой смеси путем регулирования площади переливных окон. Они рассчитываются из условия 5-кратной циркуляции расхода иловой смеси со скоростью движения 0,1—0,2 м/с. Выпуск избыточного активного ила — периодический.

Расчет аэротенков-отстойников рекомендуется выполнять по разработанной НИИ КВОВ методике, предусматривающей оптимальную концентрацию активного ила при которой суммарный объем зон аэрации и отстаивания будет минимальным.

Рис. 27.3. Аэротенк-отстойник с принудительной циркуляцией активного ила 1 — подача сточной воды; 2 — зона аэрации; 3 — фильтросные каналы для подачи воздуха; 4 — разделительная перегородка со струенаправляющим козырьком; 5 — зона отстаивания; 6 — иловый бункер; 7 — эрлифт; 8 — отводящий лоток

59 БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СТОЧНЫХ ВОД  1 Способ предназначен для биологической очистки высококонцентрированных сточных вод (СВ), содержащих аммонийный азот. СВ обрабатывают в аэротенке бактериальным илом на основе нитрифицирующих и денитрифицирующих бактерий при рН среды не менее 7,0 с возвратом бактериального ила обратно в цикл. СВ пропускают через аэротенк со скоростью, обеспечивающей удельную нагрузку по аммонийному азоту 0,03-0,4 кг на 1 м3 полезного объема аэротенка в сутки при непрерывном аэрировании воды во всем объеме аэротенка. Это позволяет повысить глубину очистки сточных вод от соединений азота, упростить технологическую схему за счет проведения очистки в однокамерном аэротенке и снизить энергозатраты.  2 способ биологической очистки высококонцентрированных сточных вод от фенолов, роданидов и аммонийного азота путем обработки сточных вод в однокамерном или многокамерном аэротенке сжатым воздухом и смешанным бактериальным илом, содержащим группы нитрифицирующих, фенол- и роданразрушающих бактерий.Способ включает рециркуляцию иловой смеси с коэффициентом рециркуляции 1,4-2,5 3 Способ биологической очистки сточных вод от соединений азота путем аэрации с активным илом при rh3 (степень аэробности), равной 18-25, и возрасте активного ила 12-47 суток При предложенных параметрах процесса очистки стало возможным в аэробных условиях осуществлять одновременное протекание нитрификации — окисления аммонийного азота до нитритов и/или нитратов и денитрификации аммонийного азота — 49,3-89,7%, остаточное содержание которого в сточной воде составляет не менее — восстановления нитритов и/или нитратов до газообразного азота и тем самым исключить выделение денитрификации в специальную стадию. 4 способ биологической очистки высококонцентрированных сточных вод от соединений азота, фенолов и роданидов обработкой бактериальным илом, содержащим группы нитрифицирующих, денитрифицирующих, фенол- и роданразрушающих бактерий в аэротенке, состоящем из чередующихся аэробных и анаэробных камер, при pH среды не менее 7,0 с рециркуляцией иловой смеси. Согласно этому способу одна часть очищаемой сточной воды поступает в анаэробные камеры, а другая — в аэробные камеры. Иловая смесь, то есть смесь воды и бактериального ила, подвергается принудительной рециркуляции между камерами. В аэробных камерах, где сточная вода непрерывно аэрируется воздухом, происходит разрушение фенолов, цианидов, роданидов, а также аммонийного азота, который окисляется при этом с образованием нитритов и/или нитратов. В свою очередь в анаэробных камерах (бескислородных), куда поступает вода из аэробных камер, происходит денитрификация образовавшихся в аэробных камерах нитритов и/или нитратов с использованием в качестве источника углерода для бактерий-денитрификаторов фенолов и роданидов исходной сточной воды, подаваемой в эти анаэробные камеры

Аэротенки. Схемы очистки сточных вод в аэротенках

Сначала напомним, что аэротенк – резервуар, служащий для биохимической очистки сточных вод. Принцип его функционирования основан на жизнедеятельности микроорганизмов, которые используют загрязняющие элементы в качестве пищи. На данном этапе стоки перемешиваются с активным илом с помощью системы аэрации – подачи сжатого воздуха.

Казалось бы, что может быть отличием в работе такого рода резервуаров? Но на самом деле, существует несколько типов аэротенков, отличающиеся, например, способом подачи жидкости на очистку, регенерацией ила, типом аэраторов (исполнение играет важную роль в технологии) и так далее.

Например, когда адаптация микроорганизмов достигается быстро, без затруднений, то могут применяться аэротенки-вытеснители. Их особенностью является подача очищаемой воды и активного ила – в начало сооружения. Соответственно,  нагрузка на ил снижается с самого высокого значения к меньшему, иловая вода отводится в конце резервуара.

Для концентрированных сточных вод применяется аэротенк-смеситель. За счёт того, что активный ил и вода равномерно распределяются по всему объёму, их перемешивание происходит очень быстро, тем самым значительно снижается концентрация загрязнений. Рассредоточенный выпуск обеспечивает более равномерную скорость потребления кислорода.

Суть аэротенка-отстойника ясна из названия, то есть эти виды сооружений совмещены в одном блоке. Такой резервуар обладает высокой окислительной мощностью, из-за работы с большой дозой ила, но требует постоянной рециркуляции для поддержания уровня взвешенного слоя, чтобы избежать вынос взвесей.

Отдельно стоит рассмотреть тот случай, когда используется многоступенчатый аэротенк. Необходимость использования такого типа сооружения обусловлена характером сточных вод. Чаще всего, это загрязненная жидкость, содержащая трудноокисляемые элементы или сложная по химическому составу. Тогда процесс биохимической очистки разделяется на ряд последовательных ступеней, на каждой из которых решаются определенные задачи с помощью адаптированных к конкретным условиям микроорганизмов.

Для локальных очистных сооружений существуют современные резервуары, работающие по тем же принципам, что и классические аэротенки. Поскольку объемы емкостей существенно меньше, используются различного рода вспомогательные конструкции и загрузки, улучшающие гидродинамику или повышающие дозу ила.

Сточные воды. Схемы очистки. Биофильтры, аэротенки, метантенки, окситенки. Активный ил и входящие в него микроорганизмы.

Преимущества биотехнологических процессов перед традиционными технологиями для решения проблем экологии и охраны окружающей среды.

Преимущества биотехнологических процессов по сравнению с традиционными:

1. Возможность получения специфичных и уникальных природ­ных веществ, часть из которых еще не удается получать путем химического синтеза;

2. Проведение биотехнологических процессов при относительно невысоких температурах и давлениях;

3. Быстрый рост и накопление биомассы микроорганизмами. На­пример, с помощью микроорганизмов в ферментере объемом 300 м3 за сутки можно выработать 1 т белка. Чтобы та­кое же количество белка в год выработать с помощью крупного рогатого скота, нужно иметь стадо 30000 голов. Если же исполь­зовать для получения такой скорости производства белка бобо­вые растения, например горох, то потребуется иметь поле гороха площадью 5400 га;

4. В качестве сырья в процессах биотехнологии можно использо­вать дешевые отходы сельского хозяйства и промышленности;

5. Биотехнологические процессы по сравнению с химическими обычно более экологичны, имеют меньше вредных отходов, близ­ки к протекающим в природе естественным процессам;

6. Как правило, технология и аппаратура в биотехнологических производствах более просты и дешевы.
Основные задачи, которые решает биотехнология в деле охраны окружающей среды, следующие: 1.Деградация органических и неорганических токсичных отходов.

2.Возобновление ресурсов для возврата в круговорот веществ углерода, азота, фосфора и серы. 3.Получение ценных видов органического топлива.

Одно из наиболее важных направлений биотехнологии – обработка сточных вод, твёрдых выбросов, контроль за загрязнением окружающей среды и создание безотходных технологий. В последнее время резко увеличилось количество и усложнился качественный состав веществ, загрязняющих среду.

Вклад биотехнологии в решение общих экологических проблем. Биотехнологические методы очистки твердых, жидких отходов и газообразных отходов производств.

Биотехнологические процессы с использованием микроорганизмов и ферментов уже на современном техническом уровне широко применяются в пищевой промышленности. Промышленное выращивание микроорганизмов, растительных и животных клеток используют для получения многих ценных соединений — ферментов, гормонов, аминокислот, витаминов, антибиотиков, метанола, органических кислот. С помощью микроорганизмов проводят биотрансформацию одних органических соединений в другие. Широкое применение в различных производствах получили иммобилизованные ферменты. Для выделения биологически активных веществ из сложных смесей используют моноклональные антитела.Биотехнология активно применяется в целях очистки всех компонентов биосферы, загрязняющих веществ. Биологическая очистка стоков. Существуют микроорганизмы, для которых загрязнения, содержащиеся в сточных водах, являются питательными веществами. В начале 20 века произошла революция в очистки сточных вод с помощью активного ила – сложной смеси микроорганизмов. Хотя при этом требуется перемешивать жидкость и непрерывно аэрировать её воздухом, такой способ позволяет перерабатывать большие объёмы стоков с самыми разнообразными загрязнениями – от хозяйственно-бытовых до промышленных.

Биологическая очистка газовых выбросов. Многие выбросы в атмосферу содержат вредные или дурно пахнущие примеси. Для их очистки применяют биофильтры, заполненные насадкой, на которой закреплены специальные микроорганизмы. Вредные примеси сорбируются на насадке и затем потребляются и обезвреживаются микроорганизмами.

Биокомпостирование твёрдых отходов. Аналогом аэробной очистки стоков является аэробное биокомпостирование твёрдых отходов. Твёрдые отходы смешиваются с микроорганизмами, разлагающими вредные загрязнения, и балластным материалом типа торфа, который обеспечивает доступ кислорода к микроорганизмам. Это позволяет превратить отходы в удобрение или просто использовать их в качестве подсыпки для дорог, в строительстве и в других случаях. Метановое сбраживание твёрдых отходов. С 1901 года успешно применяют анаэробное сбраживание осадка избыточного активного ила, образующегося при работе установок биологической очистки сточных вод. Сброженный осадок, если только он не содержит повышенных концентраций тяжёлых металлов, успешно используют как удобрение. Он лучше исходного осадка по составу, и в нём почти полностью отсутствуют болезнетворные микроорганизмы. Также существуют и многие другие способы биотехнологического воздействия на окружающую среду: биодеградация химических пестицидов и инсектицидов, борьба с накоплением метана в шахтах, обессеривание нефти и каменного угля, обогащение воздуха кислородом. В области переработки и ликвидации твердых отходов биотехнологические методы наиболее широко применяются для утилизации коммунальных отходов и ила из систем биоочистки стоков. Традиционно твердые отходы складируются на городских свалках. Все возрастающие объемы отходов на душу населения приводят к возникновению огромного количества свалок, увеличению их площадей, а также к неуправляемому попаданию отходов в окружающую среду из-за рассыпания их при транспортировке. После того, как стало ясно, что при анаэробной переработке отходов в больших количествах образуется ценный энергетический носитель – биогаз, основные усилия стали направляться на соответствующую организацию свалок и получение на месте их переработки метана.

Сточные воды. Схемы очистки. Биофильтры, аэротенки, метантенки, окситенки. Активный ил и входящие в него микроорганизмы.

Загрязнение поверхностных и подземных вод можно подразделить на несколько типов: механическое, сопровождающееся повышением содержания механических примесей и относящееся в основном к поверхностным видам загрязнений; химическое, обусловленное присутствием в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия; биологическое, связанное с наличием в воде разнообразных патогенных микроор­ганизмов, грибов и мелких водорослей; радиоактивное; тепловое

Основные источники загрязнения и засорения водоемов — недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов отходы производства при разработке рудных ископаемых; сбросы водного и железнодорожного транспорта; пестициды. Нефть и нефтепродукты — основные загрязнители внутренне водоемов, вод и морей Мирового океана — создают разные фор мы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, осевшие на дно водоемов тяжелые фракции. Вода приобретает токсические свойства и представляет собой угрозу для всего живого. В значительной степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту, промышленности и сельском хозяйстве и парализующие жизнедеятельность бактерий. Пестициды, попадая в водоемы, накапливаются в планктоне, бентосе, рыбе и по цепочке питания попадают в организм человека, действуя отрицательно как на отдельные органы, так и на организм в целом.

Методы очистки сточных вод (механические, химические, фи­зико-химические и биологические).

Механические методы. Сущность этих методов состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляют механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, нефтеловушками. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60 — 75% нерастворимых примесей, а из промышленных — до 95 %.

Химический метод. В сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химическая очистка уменьшает количество нерастворимых примесей до 95 %, а Растворимых — до 25 %. физико-химические методы используют для удаления тонко­дисперсных и растворенных неорганических примесей, а также разрушения органических и плохо окисляемых веществ. В арсенал этих методов входят электролиз, окисление, сорбция, экстракция, ионообменная хроматография, ультразвук.

Биологический метод основан на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Для очистки сточных вод используют биофильт­ры, биологические пруды и аэротенки.

Биологические фильтры представляют собой сооружения, в которых процесс биологической очистки сточных вод протекает в искусственно созданных условиях. Биологические фильтры бывают периодического (контактные) и непрерывного действия. Контактные биофильтры вследствие их малой пропускной способности и высокой стоимости в настоящее время не применяют. Биофильтры непрерывного действия по пропускной способности могут быть подразделены на капельные и высоконагружаемые, по способу подачи в них воздуха и те и другие могут быть с естественной и с искусственной вентиляцией.

Капельные биофильтры. Капельные— непрерывно действующие биофильтры в зарубежной практике иногда называют оросительными или перколяторными. Непрерывно действующий капельный биофильтр состоит из следующих основных частей: непроницаемого основания, дренажа, боковых стенок, фильтрующего материала и распределительных устройств. Биофильтры могут быть в плане круглые, прямоугольные, квадратные. Поверхность капельного биофильтра орошают сверху равномерно через небольшие промежутки времени; при этом вода подается в виде капель или струй. Капельные биофильтры рекомендуется проектировать на пропускную способность не более 1000 м3/сут. Они предназначены для полной биологической очистки сточной жидкости с БПКго очищенной воды до 15 мг/л. Проходя через фильтрующую загрузку биофильтра, загрязненная вода вследствие адсорбции оставляет в ней взвешенные и коллоидные органические вещества, не осевшие в первичных отстойниках, которые создают биопленку, густо заселенную микроорганизмами. Микроорганизмы биопленки окисляют органические вещества и получают необходимую для своей жизнедеятельности энергию. Часть растворенных органических веществ микроорганизмы используют как пластический материал для увеличения своей массы. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества, а в теле биофильтра увеличивается масса активной биологической пленки. Отработавшая и омертвевшая пленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.

Биофильтр работает следующим образом. Осветленная в первичных отстойниках сточная вода самотеком поступает в распределительные устройства, которые периодически напускают воду на поверхность биофильтра. Профильтрованная через толщу биофильтра вода проходит через отверстия в дырчатом дне (дренаже), поступает на сплошное непроницаемое днище, с которого стекает по отводным лоткам, расположенным за пределами биофильтра. Затем вода поступает во вторичные отстойники, в которых задерживается выносимая биопленка, отделяемая от очищенной сточной воды. При расчете биофильтра определяют необходимый объем загрузочного материала для очистки поступающей сточной воды, а также рассчитывают распределительные устройства для орошения загрузки водой, дренаж и лотки, собирающие осветленную воду.

Аэротенк представляет собой резервуар, в котором медленно движется смесь активного ила и очищаемой сточной воды при непрерывном поступлении кислорода воздуха. По конструкции аэротенки с пневматической аэрацией — это длинные железобетонные резервуары, состоящие из нескольких секций. Каждая секция делится на коридоры продольными перегородками, не доходящими с одной стороны до поперечной стены резервуара. Наиболее удобны в эксплуатации четырехкоридорныеаэротенки.

Аэротенк может работать с 25%-ной и с 50%-ной регенерацией ила.

По нагрузке на активный ил аэробные системы очистки делятся на :

•     высоконагружаемые аэробные системы очистки стоков при N> 0,5 кг БПК(показатель биохимического потребления кислорода)5 в сутки на 1 кг ила;

•     средненагружаемые аэробные системы очистки стоков при 0,2 < N< 0,5;

•     низконагружаемые аэробные системы при 0,07 < N< 0,2;

•     аэробные системы продленной аэрации при N < 0,07

Окситенки-Сточная вода поступает в зону аэрации по трубе, где турбоаэратором аэрируется и интенсивно перемешивается с активным илом. Из зоны аэрации через окна и зону дегазации иловая смесь поступает в илоотделитель. Благодаря направляющим щиткам жидкость в илоотделителе медленно движется по окружности, вследствие чего значительно интенсифицируется процесс отделения и уплотнения ила. Очищенная вода проходит сквозь слой взвешенного активного ила, доочищается от взвешенных и растворенных органических веществ, поступает в сборный лоток и отводится по трубе. Возвратный активный ил спирально опускается вниз и через окна и направляется в зону аэрации. Преимуществом аэробной очистки является высокая скорость и использование веществ в низких концентрациях. Существенными недостатками, особенно при обработке концентрированных сточных вод, являются высокие энергозатраты на аэрацию и проблемы, связанные с обработкой и утилизацией больших количеств избыточного ила. Аэробный процесс используется при очистке бытовых, некоторых промышленных и свиноводческих сточных вод с химическим потреблением кислорода не выше 2000.

Очищенная сточная вода перед спуском в водоем проходит процесс обеззараживания, который может осуществляться различными способами: хлорирование, электролиз, озонирование, обработка ультрафиолетовыми лучами, ультразвуком и др. Наиболее распространен способ хлорирования очищенных сточных вод водным раствором хлорной извести или газообразного хлора. Работа по обеззараживанию выполняется в специальных сооружениях, состоящих из хлораторной, смесителя и контактных резервуаров, устраиваемых по типу вертикальных или горизонтальных отстойников.

Активный ил представляет собой хлопья, состоящие из частично активных, частично отмирающих организмов и твердых частиц неорганической природы. В состав активного ила входят полисахариды, в том числе клетчатка, образованные преимущественно бактериями. Полисахариды окружают бактериальные клетки и скрепляют частицы в хлопья, поэтому лишь небольшая часть клеток остается вне хлопьев. Активный ил имеет развитую поверхность и, следовательно, высокую адсорбционную способность. На поверхности его концентрируются поступающие со сточной жидкостью мелкие частицы, клетки микроорганизмов и молекулы растворенных веществ. Важнейшее свойство ила — способность к хлопьеобразованию и седиментации. В очистных сооружениях используется активный ил, сообщество микроорганизмов, главным образом бактерий и простейших, сформировавшееся естественным путем, включающее местную микрофлору, адаптированную к определенному спектру загрязнений сточных вод.

Бактерии. При аэробной очистке сточных вод протекают два наиболее важных микробиологических процесса: окисление органического углерода и нитрификация при участии флокулообразующих, нитчатых бактерий, бактерий-нитрификаторов. Наиболее многочисленны бактерии, способные окислять различные спирты, жирные кисл9ты, парафины, ароматические углеводороды, углеводы и др. При очистке сточных вод, богатых углеводами, но с дефицитом азота иногда наблюдается интенсивное развитие гетероферментативных молочнокислых бактерий, образующих мощную капсулу, состоящую из декстрана, что затрудняет осаждение ила во вторичном отстойнике. Если сточная вода в аэротенке плохо аэрируется, то развиваются анаэробные процессы, в которых могут участвовать микроорганизмы, осуществляющие маслянокислое брожение, денитрификацию, сульфатредукцию и др. Денитрификация во вторичных отстойниках приводит к образованию пузырьков азота, что затрудняет удаление ила из сточной воды на выходе из аэротенка. В сточных водах, содержащих соединения серы, например в сточных водах целлюлозно-бумажных комбинатов, в активном иле развиваются тионовые и серобактерии, окисляющие серу и тиосоединения, а также сульфатредукторы.

Грибы. В активном иле аэробных очистных сооружений встречаются дрожжи и плесневые грибы. Дрожжи активно развиваются в сточных водах, богатых углеводами, углеводородами и органическими кислотами, например, при очистке сточных вод, образовавшихся в производстве кормовых дрожжей из разных субстратов, стоков молочных производств, содержащих молочную сыворотку. Грибы способны усваивать трудноокисляемые и токсичные соединения, в частности фенолы, поэтому их роль в процессах очистки существенна.

Простейшие. Они непосредственно не участвуют в потреблении органических веществ, однако занимая в сообществе активного ила более высокий уровень в трофической цепи питания, чем бактерии, они поглощают большое количество их, тем самым регулируют видовой и возрастной состав микроорганизмов, снижают массу биоценоза, обеспечивают активную флокуляцию микроорганизмов и, следовательно, улучшают очистку воды. По сравнению с бактериями простейшие более чувствительны к изменению химических и физических условий среды, колебаниям технологических параметров системы, поэтому по численности простейших, их видовому составу и состоянию можно судить о работе очистного сооружения.

Процессы в аэротенке при биологической очистке сточных вод

Метод биологической очистки сточных вод бытового или промышленного происхождения выгодно отличается от механических и химических способов тем, что позволяет не только выводить из стоков практически любой вид растворенных элементов, но и обеспечивает утилизацию образующихся отходов. Ключевая роль в этой прогрессивной технологии принадлежит аэротенкам, выступающим местом обитания и работы сообщества микроорганизмов активного ила. Эти резервуары используются при любых масштабах биохимической очистки стоков. В промышленных конструкциях они представляют собой объемные бетонные бассейны. В локальных установках биоочистки типа «Топас», «Юнилос», «Биокси» и им подобных аэротенк – это один из модулей самой станции. Последовательность этапов работы и виды происходящих в аэротенке процессов мы рассмотрим в этой статье.

Больше кислорода – залог успеха

Суть биодеструкции загрязняющих веществ заключается в их окислении подаваемым в аэротенк кислородом воздуха при посредстве бактериальной составляющей активного ила. При этом задача микроорганизмов заключается в синтезе ферментов, ускоряющих этот процесс как снаружи биомассы, так и внутри нее. Кислород в системе выступает в качестве окислителя, также он нужен для дыхания клеток, перемешивания активного ила и сточной воды, удаления продуктов обмена из иловых колоний.

В станциях биологической очистки используется пневматический механизм аэрации, когда кислород в систему нагнетается с помощью компрессора. В установках «Топас», «Юнилос» и «Биокси» применяется мелкопузырчатая аэрация, при которой эффективность потребления кислорода колониями активного ила составляет не менее 15% (максимально возможно значение). Выбор именно этого способа аэрации для таких конструкций обусловлен следующими причинами:

• степень очистки стоков при значительном насыщении кислородом составляет порядка 95–98 %, что не только обеспечивает безопасность, но и позволяет отказаться от сооружения почвенных полей фильтрации;
• аэробная среда дает улучшение характеристик активного ила: повышение резистентности к токсическим веществам, интенсификация метаболических процессов, увеличение способности к отстаиванию;
• недостаточная интенсивность перемешивания среды мелкими пузырьками (диаметр не более 4 мм) компенсируется ее малым объемом, а потому эта особенность не влияет на качество конечного результата очистки.

Порядок процессов в аэротенке

Время нахождения загрязненной воды в аэротенке составляет примерно 6–8 часов. Продолжительность этой стадии может быть увеличена вплоть до десяти и более часов, что целесообразно при высоких концентрациях посторонних веществ. Биологическое окисление направлено на разрушение органики, причем по последовательности извлечения процесс начинается с более мелких частиц и переходит на более крупные. Средняя величина гранул загрязнителей представлена в таблице.

Таблица. Гранулометрический состав частиц органики в составе неочищенного стока

Показатель	Виды частиц
	Растворимые	Коллоидные	Грубые суспензии
			Истинно-взвешенные	Оседающие
Размер в мкм	менее 0,001	0,001–1,0	1,0–100,0	100,0 и более

На начальном этапе происходит смешивание стока с хлопьями активного ила – округлыми складчатыми формациями диаметром 53–212 мкм, образованными бактериальными клетками, скрепленными между собой полисахаридным гелем. При этом органические и минеральные вещества адсорбируются большой поверхностью иловой колонии, после чего сразу стартует процесс окисления биполимеров. В его течении, длящемся порядка двух часов, расходуется практически весь растворенный в жидкости кислород, а эффективность распада органики доходит до 60% от исходной массы.

Следующая стадия – расщепление сложноокисляемых органических веществ при помощи бактериальных ферментов, выделенных ими во внешнюю среду (экзоферментов). Процесс является менее зависимым от условий аэрации и протекает в течение примерно трех часов. В ходе него в системе разрушается до 75% всей поступившей органики.

Схема. Высвобождение молекулярного азота при биологической очистки сточных вод

Заключительная фаза работы аэротенка – эндогенное (внутриклеточное) ферментативное окисление ранее адсорбированной бактериями сложно разрушаемой органики. Эффективность процесса определяется исходной нагрузкой по концентрации загрязнителей, количеством кислорода, а также возрастом иловых флокул – среднее время пребывания хлопьев в системе «аэротенк – вторичный отстойник». В результате успешного прохождения третьей стадии степень очистки стока достигает заявленных значений, а внутри системы запускаются процессы выработки полисахаридного геля, скрепляющего бактериальные клетки между собой, то есть начинают образовываться новые хлопья активного ила.

Ключевые химические реакции аэротенков

Бытовые сточные воды по элементному составу весьма разнообразны, одни группы веществ полностью удаляются аэробными методами, другие лишь частично нейтрализуются либо выводятся в осадок анаэробными методами. Первые – это органические вещества, расщепляется до углекислого газа и воды, в качестве примера других можно привести минеральные соли: сульфаты и хлориды. Так, сульфаты в бескислородной среде переводятся в осаждающиеся сульфиды (чаще в соединении с ионами железа).

Относительно органических веществ главным процессом, происходящем в аэротенке, становится нитрификация – двухстадийная реакция перевода катионов аммония в нитрат-анионы, протекающая в аэробной среде. Источником NH₄⁺ -ионов выступают белки растительного и животного происхождения, составляющие львиную долю всех загрязнителей в стоке. Основная роль здесь принадлежит бактериям рода Nitrosomonas и ряду других, осуществляющих окисление аммония до нитритов, а также бактериям рода Nitrobacter и другим, осуществляющим трансформацию нитритов в нитраты. На практике успеху реакций нитрификации способствует большой возраст ила (не менее 4–5 суток), а также малая или удовлетворительная нагрузка по азоту. Препятствиями является чрезмерно высокая концентрация биогенов, нехватка растворенного кислорода, наличие в стоках токсинов. В целом нитрификация нужна для того, чтобы высвободить из образовавшихся нитратов азот, что и осуществляется в ходе анаэробной реакции денитрификации.

Оборудование очистки сточных вод: производители, также основные виды

Разновидности

На разных этапах очистки стоков используются такие виды установок:

1. Механические: решетки, песколовки, отстойники, сита, барабанные сетки, нефтеловушки, фильтр-прессы, фильтр-патроны.
2. Физико-химические: мешалки, усреднители, флотационные машины, фильтры с зернистой загрузкой, сепараторы и центрифуги, электролизеры, ионообменные фильтры, сорбционные блоки.
3. Биологические: аэротенки, биореакторы, биофильтры, метантенки, станции биологической очистки.
4. Доочистка воды: ультрафильтационные системы (мембранные установки), барабанные и дисковые фильтры.
5. Дезинфекция: установки ультрафиолетового облучения, системы дозирования реагентов.

Основное оборудование для очистки сточных вод работает в комплексе с:

• насосными станциями;
• аэраторами;
• воздуходувками;
• дренажными системами;
• конвейерами;
• уплотнителями;
• системами подачи воды.

О самых распространенных установках и системах рассказано ниже.

Решетки

Применяются на механическом этапе, используются для грубой и тонкой очистки. Решетка – это фильтрующее полотно в прямоугольной раме, набранное из стержней. Расстояние между стержнями определяет эффективность очистки.

Обратите внимание. Обычно размер прозоров колеблется от 2 до 8 мм. Если очищаются канализационные стоки, показатель не превышает 16 мм.

Оборудование задерживает крупные органические и минеральные загрязнения, подготавливает стоки к следующим этапам очистки. Отбросы задерживаются фильтрующим экраном, который периодически прочищается граблинами.

Виды решеток:

1. Барабанная – вращающаяся корзина, состоящая из стержней. Работает в автоматическом режиме без участия обслуживающего персонала.
2. Шнековая – винтовая конструкция. Обеспечивает тонкую очистку хозяйственно-бытовых и промышленных стоков целлюлозно-бумажных комбинатов, текстильных, пищевых предприятий.
3. Ленточная – полотно из набора пластин, установленное на раму. Решетка постоянно движется.
4. Ступенчатая – оборудование с двумя комплектами пластин, выполненных в виде ступенек. Первый комплект неподвижный, а второй постоянно совершает круговые движения в одной плоскости с фиксированными пластинами.
5. Вертикальная – устанавливается на вертикальный трубопровод.

Нефтеловушки

Оборудование используется на автомойках, заправках, автосервисах, лакокрасочных и нефтеперерабатыващих предприятиях.

Нефтеловушки представляют собой автономные очистные сооружения, состоящие из 3 или 4 камер:

• В первой происходит механическая очистка стоков от песка и грязи методом отстаивания.
• Воды проходят через решетку и коалесцентный фильтр и попадают во вторую камеру. При движении жидкости образуется пленка нефтепродуктов, которая удаляется механическим способом.
• Третья камера оснащена сорбционными фильтрами. Они очищают стоки от остатков нефтяных продуктов.
• При необходимости высокой степени очистки используется оборудование с четвертой камерой – в ней расположены угольные фильтры. После прохождения через них концентрация нефтепродуктов в воде не превышает 0,05 мг/л.

Интересно. Современные системы оснащены автоматической сигнализацией, которая срабатывает, когда слой отделенных нефтепродуктов становится слишком большим.

Также оборудование имеет устройство автоматической блокировки, предотвращающее утечку загрязнений. Самые мощные нефтеуловители пропускают 50 л сточных вод за 1 секунду.

Отстойники

Оборудование применяется для удаления крупных механических загрязнений или осаждения побочных продуктов очистки.

Отстойники бывают первичными – в них воды попадают до биологической очистки. Там грубодисперсные вещества выпадают в осадок.

На вторичные отстойники стоки поступают после аэробной очистки – в резервуаре происходит осаждение активного ила.

Разновидности отстойников по режиму работы:

• Проточные – оседание примесей происходит при постоянном течении воды.
• Контактные (периодического действия) – стоки заливаются в резервуар и остаются неподвижными.

Классификация отстойников по направлению движения воды:

1. Горизонтальный – прямоугольный резервуар с несколькими отделениями. В нем находятся водораспределительные устройства, трубопроводы и приспособление для удаления осадка. Сточные воды движутся в горизонтальном направлении. Этот вид отстойников применяется в водопроводах с высокой производительностью.
2. Вертикальный – резервуар, в сечении которого лежит круг или квадрат. Оборудован камерой хлопьеобразования, желобами для отвода воды, трубами для удаления осадка. Жидкость движется снизу вверх. Вертикальный отстойник подходит для очистки небольшого количества хозяйственно-бытовых стоков.
3. Радиальный – округлый резервуар, в который жидкость подается снизу и движется от центра к сторонам. Загрязнения удаляются подвесным устройством. Осадок подается в приямок отстойника.

Фильтры

Процессы фильтрования происходят в двух типах оборудования:

1. Установки с неподвижной фильтрующей перегородкой: барабанные вакуум-фильтры, дисковые, картриджные фильтры патронного типа, ленточные вакуумные и листовые фильтры, фильтры-прессы.
2. Установки с зернистым (несвязным) фильтрующим слоем: напорные и безнапорные фильтры.

Оборудование первой группы улавливает крупные и мелкие частицы, часто их используют для выделения ценных веществ. Механические фильтры (сита, песко- и жироуловители) используются для грубой очистки.

Установки с зернистым фильтром очищают большой объем промышленных сточных вод. Если нужно довести химический состав стоков до норм ПДК, используют методы ультрафильтрации.

В фильтрующих установках высокоэффективна система обратного осмоса, оснащенная несколькими мембранами. В установке создается разница давлений, благодаря чему воды проходят через нанопоры, а примеси задерживаются.

Полупроницаемые среды изготавливают из синтетических полимеров. Размер пор не превышает 0,2 мкм, что позволяет отсеивать большинство мелкодисперсных частиц.

Сепараторы

Установки очищают от:

1. частиц жира и масел,
2. легких минеральных жидкостей,
3. крахмала,
4. нефтепродуктов.

Сепараторы используются реже, чем фильтры и отстойники, что связано с их высокой энергоемкостью.

Это оборудование оптимально применять в таких случаях:

• примеси являются технологически ценными;
• стоки сильно загрязнены мелкодисперсными веществами, которые не взаимодействуют с реагентами;
• осадок из стоков необходимо полностью отделить от воды.

В сепараторе происходит вращение рабочего элемента (ротора), благодаря чему мелкодисперсные частицы переносятся к стенкам, а воды остаются в центре.

Такое разделение происходит под влиянием центробежных сил.

Осветленная вода течет к сливным окнам, а твердая фаза поступает в выгрузочные окна.

Для очистки сточных вод применяют жидкостные сепараторы.

Флотаторы

Установки используются для физико-химической очистки, в ходе которой удаляются мелкодисперсные нерастворимые частицы. Во флотаторе образуется множество пузырьков воздуха или другого газа, которые поднимаются вверх и захватывают с собой примеси.

Виды оборудования:

1. Напорный флотатор – прямоугольный резервуар из нержавеющей или углеродистой стали. Перед ним расположен сатуратор, насыщающий сточные воды воздухом. По трубам смесь направляется в распределительное устройство, где перемешивается и равномерно распределяется по объему камеры. Там же с помощью воздушного эжектора вода дополнительно аэрируется.
2. Электрофлотатор – установка, в которую помещены нерастворимые электроды. Пузырьки кислорода и водорода выделяются в процессе электролиза, который возникает при подключении оборудования к источнику электроэнергии.
3. Механический флотатор – пузырьки газов генерируются вращающейся турбиной, специальными трубами или рабочим колесом с лопастями.

Флокуляторы

Оборудование используется на этапе физико-механической очистки сточных вод. В жидкость добавляют специальные вещества (флокуляторы), которые объединяются с загрязнениями, образуют хлопья и выпадают в осадок.

Процесс происходит в смесителях разной конструкции:

1. дырчатые;
2. перегородчатые;
3. шайбовые;
4. вертикальные;
5. механические с лопастными/пропеллерными мешалками.

Первые четыре вида смесителей относятся к гидравлическим. В них воды смешиваются, когда меняется направление их движения и скорость потока.

В механических установках работу выполняют механизмы, работающие от электроэнергии. После перемешивания воды отправляются в камеру хлопьеобразования.

Станция дозирования реагентов

В системах очистки сточных вод используются:

• дозирующие насосы;
• датчики и расходомеры;
• контроллеры;
• химических реагентов.

Станции подают в сточные воды химическое вещество в определенном количестве.

Они работают по установленному алгоритму, который задается управляющим персоналом. Насосы-дозаторы периодически всасывают раствор из реагентной емкости и подают определенный объем в систему. Современные установки оснащены ЖК-дисплеем.

Мембранный биореактор

Оборудование предназначено для биологической аэробной очистки сточных вод. Биореактор представляет собой аэротенк с мембраной, через которую сточные воды проходят после взаимодействия с бактериями.

Активный ил, твердые вещества, болезнетворные микроорганизмы остаются за мембраной, а отфильтрованная вода поступает на повторное использование.

Внимание. Качество сточных вод высокое, поэтому доочистка в большинстве случаев не нужна.

Применение мембранного биореактора упрощает технологическую схему и повышает эффективность биологической очистки.

В оборудовании используются половолоконные ультрафильтрационные или микрофильтрационные материалы. Модуль состоит из 10-20 кассет с мембранами, каждая из которых задерживает частицы размером от 0,03-0,1 мкм.

Преимущества использования мембранных биореакторов:

• Сокращение 30-70% площади, которую занимает оборудование.
• Возможность увеличения/уменьшения производительности без изменения технологической схемы.
• Сохранение высокой концентрации активного ила – биоценоз не вымывается из биореактора.
• Повышение устойчивости работы оборудования к залповым сбросам.

Биофильтры

Оборудование используется для биологической аэробной очистки. Биофильтр – это резервуар, в котором сточные воды фильтруются через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой. Последняя представляет собой колонию бактерий.

Биофильтр состоит из таких частей:

1. Фильтрующая загрузка (тело фильтра) – пористый материал с малой плотностью. В установках с объемной загрузкой используют щебень, гравий, керамзит, шлак, а в биофильтрах с плоскостной загрузкой – термостойкие пластмассы. На поверхности этих материалов развивается биологическая пленка, расщепляющая органические загрязнения.
2. Водораспределительное устройство – равномерно орошает тело фильтра сточными водами.
3. Дренажная система – удаляет очищенную воду.
4. Аэратор – устройство подачи кислорода.

Если в сточных водах высокая концентрация легкоразлагаемой органики (например, лактозы), биофильтры эффективнее, чем аэротенки.

Виды биофильтров:

1. Капельные – сточная вода подается сверху на фильтрующую загрузку. Форма резервуара зачастую прямоугольная. Оборудование не нуждается в принудительной аэрации, она происходит естественным образом. Высота слоя загрузки – 1-2 м, фракция загрузочного материала – 20-30 мм, а показатель пористости – 40-50%.
2. Высоконагружаемые (аэрофильтры) – отличаются от капельных окислительной мощностью. Показатель повышается благодаря системе искусственной аэрации. Высота загрузки – до 2-4 м, фракция материала – 40-60 мм.
3. С плоскостной загрузкой – в них используются материалы с пористостью 70-90% (пластмассы, керамика, металл, ткани). Такие показатели позволяют отказаться от принудительной вентиляции. Материалы плоские, поэтому они плотно соприкасаются друг с другом. Между ними не образуется мертвых зон, что бывает при использовании засыпного сырья. Высота фильтрующего материала – 1-8 м.

Установки барботирования и аэрации

На очистные сооружения часто поступают высококонцентрированные сточные воды, которые затрудняют работу оборудования. Чтобы снизить нагрузку на систему, стоки разбавляют, смешивая их с менее концентрированной жидкостью.

Процесс происходит в резервуарах-усреднителях. Сточные воды перемешиваются с помощью сжатого воздуха. Для этого применяют усреднители барботажного типа.

Барботерами служат перфорированные трубы, на которых есть отверстия диаметром 3 мм с шагом 8-16 см. Они укладываются горизонтально вдоль резервуара. Через отверстия подается сжатый воздух, и стоки перемешиваются. С помощью этого оборудования также осуществляется аэрация жидкости.

Интересно. Для насыщения сточных вод воздухом используются аэрационные системы – это сеть распределительных трубопроводов, по которым подается сжатый воздух от нагнетательных аппаратов.

Оборудование подсоединяется к биологическому очистному сооружению, работает от источника электроэнергии. Системы функционируют постоянно или периодически. Сжатый воздух подается в аэрационные трубы с помощью воздуходувок.

Схема напорной аэрации воды

Есть 2 вида аппаратов:

1. Вихревые – воздух всасывается в рабочую зону, затем по спиралевидной траектории проходит по каналу и попадает в аэрационные трубы.
2. Ротационные (безмасляные) – воздух втягивается и сжимается, когда два трезубых ротора, расположенных параллельно, выполняют работу поршня.

Производители

Крупные компании предлагают не просто купить оборудование, но и разрабатывают проекты очистных сооружений по индивидуальному плану.

В России пользуются популярностью такие производители:

Название компании	Продукция	Официальный сайт
EnviroChemie GmbH (Германия)	Оборудование для физико-химической, биологической, очистки, мембранные системы.	http://www.envirochemie.ru
ГК ТрансЭкоПроект (Россия)	Основные виды оборудования для всех этапов очистки сточных вод.	http://enviropark.ru
ЭКОС (Россия)	Установки для очистки хозяйственно-бытовых / смешанных / ливневых сточных вод, системы водоподготовки и обезвоживания осадка.	http://www.ecos.ru
Raifil (Россия)	Бытовые и промышленные системы очистки воды.	http://www.raifil.biz
ООО «Экостандарт» (Россия)	Оборудование для биологической очистки, системы водоподготовки, сооружения для очистки ливневых стоков, канализационные насосные станции.	https://ecostandart.com/

Заключение

Качество оборудования определяет эффективность очистки сточных вод. Если установки правильно подобраны под конкретные стоки, они обеспечат максимальный результат.

Каждое предприятие использует свой комплекс оборудования для очистки сточных вод, поэтому его ассортимент столь широкий. Сначала сточные воды проходят через грубые фильтры, которые задерживают крупный мусор.

В нефтеловушках улавливаются жиры, остатки топлива. Мелкодисперсные частицы осаждаются в смесителях или поднимаются вверх во флотаторах. В аэротенках и биореакторах микроорганизмы разлагают органику. Ультрафильтрационные системы доводят химический состав воды до норм ПДК.