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.
Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 3101; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!