Очистка сточных вод. Биологические фильтры

Что такое биофильтры для очистки сточных вод?

Что такое биологический фильтр? Он имеет резервуар специальной формы, в котором очищаются сточные воды с применением биологических материалов — оболочка из разных микроорганизмов.

Во время очистительных работ происходит постоянная циркуляция воздуха благодаря температурной разнице атмосферы и очищаемой воды. Вентиляция является обязательным условием поддержания жизни – обеспечение микроорганизмов кислородом.

Классификация биофильтров

В биологических фильтрах предусмотрены разные материалы для загрузки. Выделяют:

  • Биофильтры с объемной нагрузкой. Они содержат горный щебень, керамзит, гальку и т.д.
  • Фильтры плоской нагрузки. Используются прочные пластмассы, работающие в температурном диапазоне от 6 до 30 градусов.

По используемой технологической схемы выделяют:

  • Фильтры с двумя ступенями очистки, которые выдают высокоочищенную воду. Их применяют при ограничении высоты устройства или при неблагоприятном климате.
  • Биофильтры с одной ступенью очистки.

По степени очистки биофильтры бывают:

  • с полной очисткой;
  • с неполной очисткой.

В зависимости от способа подачи воздуха биофильтры делятся:

  • с естественной циркуляцией воздуха;
  • с искусственной воздушной подачей.

Различают два режима работы биологических фильтров:

  • рециркуляционны — высококонцентрированная вода подается небольшими порциями для более эффективной очистки;
  • без рециркуляции – при низком загрязнении воды.

В зависимости от пропускной способности классифицируются на:

  • капельные — с малой пропускной способностью;
  • высоконагружаемые.

Биофильтры с объемной нагрузкой

Их принято разделять на:

  1. Капельные, которые характеризуются малой производительностью. Зернистость тела загрузки будет 20-30 миллиметров при двухметровой высоте слоя.
  2. Высоконагружаемые с размером загрузочного материала 40-60 миллиметров и четырехметровый слой.
  3. Башенные биофильтры имеют большую высоту – 16 метров, а зернистостью 40-60 миллиметров.

Биофильтры с плоской загрузкой

  1. Жесткая нагрузка обеспечивается кольцами, частями труб и подобными элементами. В бак засыпают крошку из металла, керамики или пластмассы. Их плотность доходить до 600 кг/м 3 , пористость материалов от 70%. Очищающий слой доходит до шести метров.
  2. Жесткая нагрузка с блочной или решетчатой нагрузкой. Блоки изготавливают из асбестовых листов (плотность до 250 кг/м 3 , пористость от 80%, шесть метров загрузки) или некоторых разновидностей пластмасс (плотность от 40 до 100 кг/м 3 , пористость от 90%, фильтрующий слой до 16 метров).
  3. Рулонная или мягкая нагрузка создается сеткой из металла, синтетическими тканями, пленкой из пластмассы. Загрузку выкладывают рулонами или закрепляют на каркас. Плотность до 60 кг/м3, пористость от 95% при высоте загрузки до 8 метров.
  4. Биофильтры для погружения – резервуары с вогнутым днищем. Диски из пластмассы, металла или асбеста монтируются выше уровня очищаемых вод. Диски расположены 10-20 миллиметров друг от друга, их диаметр – 06-3 метра. Вал вращается с частотой до 40 мин -1 .

Засыпная и мягкая нагрузка используется при максимальном расходе 10 000 м 3 /сутки, блочная нагрузка – 50 000 м 3 /сутки. Погружные биофильтры эффективны при низких нагрузках.

Капельные биофильтры

Подача водной массы осуществляется капельным или струйным методом. Воздух проходит через дренаж фильтра или забирается с поверхности. Предварительно очищенная сточная вода с невысокой концентрацией загрязнений сама течет в распределитель, который порциями подает ее на поверхность загрузочной массы. Далее вода идет в систему дренажа, а оттуда на водные лотки за границами биологического фильтра. Во втором отстойнике удаляется биопленка.

Капельные биофильтры характеризуются низкой органической нагрузкой. Что бы вовремя очистить тело фильтра от мертвой биопленки, используют гидравлическую нагрузку.

Должно быть обеспечено равномерное орошение всей загрузки биофильтра. Это необходимо для исключения возникновения повышенной или пониженной гидравлической нагрузки.

Капельные фильтры почти невозможно регулировать под изменения внешних условий. При эксплуатации следят за показателями загрязненности и состоянием биофильтров. Очистка загрузки имеет высокую стоимость – используют полную ее замену. В биофильтр должна поступать сточная вода с количеством взвешенных частиц менее 100 мг/л.

При эксплуатации важным является аэрация фильтра. Концентрация кислорода не должна снижаться за 2 мг/л. Необходимо обеспечить периодическую очистку полости под дренажем и над днищем.

Капельный биологические фильтры плохо переносит зимой ветер. Для эффективной работы предусматривают противоветровую защиту. Неоднородная нагрузка приводит к заболачиванию фильтра, которая ликвидируется заменой загрузки. Работу нарушают и посторонние предметы в загрузочной массе и дозирующих баках.

Высоконагружаемые биофильтры

Этот тип фильтров имеет повышенный воздухообмен и, соответственно, окислительную способность. Обеспечивается повышенный обмен воздуха крупной фракцией загрузки и повышенной водонагрузки.

Очищаемые воды двигаются с большой скоростью и выносят трудноокисляемые вещества и отработанную биопленку. Кислород расходуется на оставшиеся загрязнения.

Высоконагружаемые биофильтры имеют высокий загрузочный слой, повышенную зернистость дренажа и днище особой формы для обеспечения искусственной циркуляции воздуха.

Промывка фильтра будет происходить только условиях постоянного беспрерывного и высокой подаче воды.

Высота массы загрузки прямо пропорциональна эффективности биофильтра.

Состав и работа биофильтров

В состав биологических фильтров могут входить:

  • тело фильтра – фильтрующая загрузка, которая расположена в резервуаре, доступном для проникновения воды. Наполнители (пластмасса, шлак, щебень, керамзит и т.д.) должны иметь низкую плотность и повышенную поверхностную площадь;
  • устройство для распределения воды, позволяющее равномерно орошать фильтрующую загрузку грязной водой;
  • дренаж;
  • устройство распределения воздуха – подает кислород для окислительных реакций.

Окислительные процессы в биофильтрах схожи с орошением полей или как в сооружениях биологической очистки, но интенсивнее.

Загрузочная масса очищает воду от нерастворенных примесей, которые остались после пройденных отстойников. Биопленка сорбирует растворенную органику. Микроорганизмы в биопленки живут за счет окисления органических веществ. Так же часть органики идет на увеличении биомассы. Происходит два эффективных действия: уничтожение ненужной органики из воды и увеличения биологической пленки. Поток сточной воды уносит с собой омертвевшую часть пленки. Кислород подается естественным и искусственным путем с помощью вентиляции.

Расчет биофильтров

Капельные биофильтры

Расчет производится для поиска эффективной толщины загрузочной массы и характеристик водораспределительного устройства, фракции дренажа и диаметра лотков, отводящих воду.

Эффективный размер загрузочной массы рассчитывают по окислительной мощности – ОМ. ОМ – это масса необходимого кислорода в сутки. На нее влияет температура воды и окружающей среды, материала загрузочной массы, типа загрязнения, способа воздухообмена и т.д. Если за год средняя температура менее 3 градусов, то биофильтр переносят в более теплое помещение с возможностью обогрева и пятикратной подачей свежего.

Часто используют следующий алгоритм:

  1. Определяют коэффициент К как произведение БПК20 входящей и выходящей воды.
  2. Из таблиц определить высоту фильтра и допустимую гидравлическую нагрузку, зависящая от среднезимней температуры окружающей среды и К.
  3. Общая площадь определяется делением расхода входящей воды на гидравлическую нагрузку.

Высоконагружаемые биофильтры

Для них существует точная методика расчета:

  1. Определяется допустимая концентрация загрязнения входящей воды: табличный коэффициент К умножается на БПК вышедшей воды.
  2. Рассчитывается коэффициент рециркуляции по специальной формуле. Он равен частному двух разностей: БПК поступающей сточной воды минус ее допустимая концентрация и допустимая концентрация минус БПК очищенной воды.
  3. Для определения площади фильтра берется произведение объема среднесуточной подачи воды, увеличенное на 1 отношение рециркуляционного расхода к расходу сточной воды и коэффициента с пункта 2. Все нежно разделить на допустимую нагрузку и температуру.

Существуют дополнительные методы расчета биологических фильтров, которые используют сложные формулы и дают более точные результаты.

Вентиляция биофильтров

Как уже упоминалось выше, биофильтры имеют два способа подачи кислорода: искусственный и естественны. Вид вентиляции зависит от климатических условий и типа фильтра.

Для высоконагруженных биофильтров используют вентиляторы с низким давлением — ЭВР, ЦЧ. Аэрофильтры нуждаются в искусственной вентиляции. При монтаже биофильтра в закрытом пространстве, так же предусматривают принудительную подачу воздуха в него.

Обеспечивают постоянную циркуляцию воздуха, так как перерывы могут поднять температуру до 60 градусов и вызвать плохие запах от разложения отработанной биопленки.

Биофильтр эффективно работает при температуре выше 6 градусов. Если вода будет меньшей температуры, то следует предусмотреть подогрев подаваемой воды.

Что бы в зимнее время фильтр не переохлаждался, устанавливают противоветровую защиту в виде купольного сооружения и снижают коэффициент неравномерности подачи сточных вод. Так же вводят ограничение по подаче холодного воздуха: на квадратный метр за час должно подаваться только 20 кубических метров. В вентиляционные решетки вставляют жалюзи, экраны из тканевых материалов.

Толщина биопленки оказывает влияние на равновесие в фильтре. Большая толщина может привести к прекращению потребления кислорода и начнется гниение. Наиболее распространено в капельных фильтрах.

Ранее считалось, что естественная подача кислорода происходит только благодаря разности температур. Сегодня доказано, что на естественную вентиляцию влияют диффузные процессы во время окислительно-восстановительных реакций.

Обзор систем биологической очистки сточных вод

В связи с широким потреблением водных ресурсов человечеством и невозможностью самостоятельного и быстрого очищения стоков в природных условиях возникла необходимость в искусственном очищении. И если избавиться от неорганических компонентов стоков можно с помощью гравитации, то для удаления органических примесей потребуется биологическая очистка сточных вод. О том, что это такое, и какие виды биологической очистки бывают, сегодня и пойдет речь.

Что нужно знать

Что это такое?

Биологическая очистка стоков представляет собой очищение сточных масс за счет расщепления органических соединений колониями определенных микроорганизмов.

Все дело в том, что органические примеси, находящиеся в сточных водах, являются питательной средой для большого количества микроорганизмов, в процессе жизнедеятельности которых разрушаются сложные органические соединения до аминокислот, элементарных белков и обрывков цепочек ДНК. В итоге образовавшийся материал стимулирует усиленное размножение микроорганизмов, вызывая, таким образом, взрывообразное увеличение численности колонии.

Отмершие части колоний микроорганизмов вместе с непереработанной органикой выпадают на дно водоема или резервуара безвредным илом. Одновременно с этим происходит очистка стоков от ядовитых и сложных органических соединений.

Биологические методы очистки сточных вод: сооружения и системы

Аэробная биологическая очистка

Для реализации метода аэробной биологической очистки используются колонии микроорганизмов, которым для поддержания жизнедеятельности необходим доступ к кислороду.

Аэробный реактор (аэратотенк) представляет собой бетонную или металлическую емкость большого объема, на небольшом расстоянии от дна которого располагаются загрузки (в виде сита или «елочек») из полимерных материалов.

Внимание: Загрузки являются основой для аэробных микроорганизмов.

На дне аэробного реактора располагаются аэраторы — трубы, снабженные небольшими отверстиями. Проходящий по ним воздух насыщает канализационные стоки кислородом, создавая оптимальные условия для жизнедеятельности и увеличения колонии микроорганизмов.

Миниатюрные образцы аэротенков получили широкое распространение при создании септиков для загородных домов и дачных участков.

Анаэробная

Биореакторы анаэробного типа (метатенки) представляют собой герметичные металлические или бетонные конструкции, в которых обитают колонии микроорганизмов, не нуждающиеся в кислороде.

Однако жизнедеятельность анаэробных бактерий сопровождается выбросом большого количества метана. В связи с этим метатенки можно устанавливать только на ровной, хорошо продуваемой площади, по периметру которой должны быть установлены газоанализаторы, подключенные к системе пожарной сигнализации.

Как и аэротенки, метатенки широко используются при создании локальных очистных сооружений для частного использования.

Станция биологической очистки сточных вод

В подавляющем большинстве случаев станция биологической очистки стоков представляет собой четырехкамерную конструкцию, ориентированную по поэтапное очищение канализационных вод с помощью активного ила и кислорода. При прохождении всех секций стоки очищаются на 98 процентов, вследствие чего полученная жидкость может быть повторно использована для полива или иных технических нужд.

Несмотря на внушительное количество отсеков, станция отличается компактными размерами и простотой установки. Несмотря на то, что устройство не нуждается в дальнейшей откачке стоков, регулярное техническое обслуживание все же необходимо. Иными словами, необходимо систематически промывать секции при помощи мойки высокого давления и перезапускать агрегат.

На данный момент существует множество компаний, предлагающих приобрести станции биологической очистки стоков. Важно понимать, что подбирать модель необходимо в соответствии с производственной мощностью, предполагаемыми условиями работы и собственными финансовыми возможностями.

Мембранный биореактор

Технология работы мембранного биореактора заключается в комбинировании различных мембранных и биохимических процессов.

Иными словами, мембранный биореактор сочетает в себе процессы микро- и ультрафильтрации и процесс аэробного биологического очищения сточных вод.

Мембраны выполняют роль своеобразного барьера для загрязнений с высокой селективностью, вследствие этого могут быть:

  • трубчатыми;
  • половолоконными;
  • плоскорамными.

В зависимости от поставленных технологических задач мембранный реактор может быть использован как на этапе завершающего очищения (до стадии обеззараживания), так и для предварительного очищения перед процессом нанофильтрации и обратным осмосом при необходимости обессоливания воды.

Читайте также  Таблица питательные вещества различных продуктов и их основные функции

Биофильтры

Наиболее часто биофильтры используются для обслуживания автономных канализаций дачи или частного дома.

Биофильтр представляет собой компактную емкость с загрузочным материалом внутри. При этом аэробные микроорганизмы находятся в форме активной пленки и выполняют функцию биологической очистки стоков.

Биофильтры делятся на два типа:

  • изделия с капельной фильтрацией;
  • устройства с двухэтапной фильтрацией.

В первом случае устройства отличаются высоким качеством очистки, однако производительность остается невысокой. В то же время для изделий с двухступенчатой фильтрацией характерно как высокое качество очистки, так и высокая производительность.

Как правило, биофильтры состоят из:

  • корпуса фильтрующего устройства;
  • изделия для распределения стоков по поверхности фильтра;
  • дренажной системы для отвода воды;
  • воздухораспределительной системы для обеспечения подачи кислорода.

Устройства с фильтром капельного типа отличаются лишь порционным поступлением стоков. При этом вентиляция и подача кислорода обеспечиваются естественным путем за счет имеющихся в конструкции открытых пространств.

Биологические пруды

В случае с биологическими прудами процессы самоочищения сточных вод осуществляются в открытых искусственных водоемах. Такой способ намного выгоднее других методов очистки. Для обеспечения поступления достаточного количества кислорода глубина искусственного водоема не должна превышать один метр.

Из-за большой площади водоема вода хорошо прогревается, что благоприятно сказывается на жизнедеятельности обитающих там микроорганизмов. Наиболее эффективно процессы очищения протекают в теплое время года, а при снижении температуры до шести градусов тепла окислительные процессы замедляются.

Важно: При минусовых температурах бактерии впадают в спячку, поэтому в холодное время года биологические пруды не используются.

Условно биологические пруды можно разделить на три категории:

  • водоемы с разбавлением (сточные воды перемешиваются с речной водой);
  • многоступенчатые водоемы без разбавления (стоки попадают в пруд только после предварительного отстаивания, нередко используется каскадный метод расположения водоемов);
  • водоемы для доочистки стоков.

В то время как в первом случае процесс очищения занимает около 14 дней, на очистку стоков в многоступенчатых водоемах уйдет почти месяц.

Схема

Так как биологический реактор является лишь одной из ступеней в сложной системе очищения стоков, схема биологической очистки выглядит следующим образом:

  • канализационные воды поступают в первичную камеру (отстойник), где наиболее крупные включения выпадают в осадок;
  • затем частично осветленные стоки переливаются во вторую камеру, где насыщаются кислородом и подвергаются расщеплению крупных органических включений колониями микроорганизмов;
  • насыщенные кислородом сточные воды попадают в камеру биореактора, где происходит процесс разложения органической составляющей; последняя камеры служит для завершающей гравитационной очистки.

Внимание: Как правило, на дне имеется известковая засыпка, эффективно соединяющая химически активные элементы. При этом на выходе из сооружения может располагаться дополнительный биологический фильтра, увеличивающий степень очищения до 99 процентов.

Отзывы: преимущества и недостатки

Как показывает практика, основными преимуществами биологической очистки стоков являются:

  • невысокая стоимость (стоимость очистки одной единицы стоков существенно ниже очищения стоков механическим или химическим методом);
  • надежность;
  • отсутствие необходимости в регулярном закупе расходных материалов (теоретически микроорганизмы не нуждаются в замене, так как являются самовоспроизводимыми живыми существами, но на практике заменять колонии надо, но не чаще одного раза в пять-шесть лет);
  • экологичность;
  • высокая степень очищения сточных вод (до 99 процентов).

Доочистка

После биологического очищения сточные воды могут быть направлены сразу в грунт или повторно использованы для полива растений. В некоторых случаях допускается выпуск очищенных стоков в водоемы, однако в большинстве случаев содержащиеся в сточных водах, очищенных биологическим методом, остаточные органические соединения, биогенные элементы, ПАВ и бактериальные загрязнения оказывают негативное влияние на водоемы. В связи с этим производственным сточным водам требуется доочистка, предусматривающая:

  • уменьшение объема взвешенных веществ;
  • снижения величин ХПК, БПК и содержания ПАВ, азота и фосфора;
  • обеззараживание;
  • насыщение стоков кислородом при их спуске в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Выбор устройства доочистки зависит как от местных условий, так и от требований качества очищенных стоков. В каждой конкретной ситуации потребуется частичная реконструкция сооружения глубокой очистки.

Таким образом, использование метода биологического очищения сточных вод не только выгодно, но и наиболее эффективно по сравнению с рядом других способов очистки.

Обзор методов биологической очистки сточных вод Текст научной статьи по специальности « Экологические биотехнологии»

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Максимов Сергей Павлович, Алексеев Иван Андреевич

Обоснована актуальность метода биологической очистки сточных бытовых вод. Приведена классификация способов и раскрыт механизм эффективной очистки за счет поддержания оптимального размера бактериальных флоккул .

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — Максимов Сергей Павлович, Алексеев Иван Андреевич

OVERVIEW OF BIOLOGICAL METHODS OF SEWAGE REFINING

The relevance of issue of sewage refining was justified. The classification of methods biological refining was provided. The mechanism of effective sewage refining for maintenance optimal size of bacterial floccules was discovered.

Текст научной работы на тему «Обзор методов биологической очистки сточных вод»

ОБЗОР МЕТОДОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Максимов Сергей Павлович

магистрант, канд. техн. наук, доцент Южно-Уральский государственный

университет, РФ, г. Челябинск Е-mail: maxmovsp@susu. ac. ru Алексеев Иван Андреевич студент, филиал Южно-уральского государственного университета в

г. Златоусте, РФ, г. Златоуст Е-mail: _ johnalexisthenerd@yandex. ru

OVERVIEW OF BIOLOGICAL METHODS OF SEWAGE REFINING

postgraduate, PhD in Technical Sciences, associate Professor South Ural State University, Russia, Chelyabinsk

student, South Ural State University, Zlatoust branch, Russia, Zlatoust

Обоснована актуальность метода биологической очистки сточных бытовых вод. Приведена классификация способов и раскрыт механизм эффективной очистки за счет поддержания оптимального размера бактериальных флоккул.

The relevance of issue of sewage refining was justified. The classification of methods biological refining was provided. The mechanism of effective sewage refining for maintenance optimal size of bacterial floccules was discovered.

Ключевые слова: бытовые стоки; биологическая очистка; классификация; схема; флоккула; активный ил.

Keywords: sewage; sewage refining; classification; diagram; floccules; active sludge.

Одной из острейших экологических проблем человечества является очистка сточных вод. Сточные воды классифицируют на следующие группы. Производственные стоки — воды, которые используют в технологических процессах при работе технологических машин и агрегатов, изготовления узлов

Created by DocuFreezer | www.DocuFreezer.com |

и деталей машин, получении материалов и т. п. [5]. Бытовые воды — стоки от санитарных узлов производственных и жилых помещений. Третью группу составляют атмосферные стоки, которые содержат дождевые воды и талый снег. Наибольшие проблемы составляют бытовые и производственные стоки. В последние годы предприятия активно переходят на использование воды по закрытой технологии, которая обеспечивает ее рециркуляцию и минимизирует утечку и забор недостающей из окружающей среды. Подобную технологию для бытовых вод не используют, поскольку степень очистки не соответствует нормам качества подачи воды для бытовых помещений. В связи с этим бытовые стоки после некоторой очистки сбрасывают в водный бассейн, находящийся ниже по уровню от водозаборного.

По статистическим данным ежедневно в РФ сбрасывается порядка

1,5 млн. м жидких бытовых сточных вод [5]. Анализ состава сточных вод показывает, что 85 % его состава содержит органические отходы человеческой деятельности. Очистку сточных бытовых отходов осуществляют последовательно (рисунок 1) по следующей распространенной цепочке.

Для более качественной очистки на последних стадиях иногда вводят водохранилища, вода в которых фильтруется твердыми (медленными) фильтрами. Однако процесс фильтрации занимает значительный временной промежуток, фильтры имеют незначительный ресурс и требуют периодической, высокозатратной очистки или замены [3]. Качество воды в таких сооружениях, хоть и находится на достаточном уровне, но сам процесс фильтрации не получил широкого распространения при больших объемах очистки. Подобно приведенной технологии не нашли широкого применения и фильтры тонкой очистки. Незначительный срок их эксплуатации, и как следствие высокие капитальные и эксплуатационные затраты, свели на нет использование последних на очистных сооружениях городских сточных вод.

Для уменьшения энергозатрат и повышения эффективности очистки бытовых стоков используют методы биологической очистки [1]. Эти методы основаны на использовании бактерий, которые в своей жизнедеятельности

поедают мельчайшие остатки взвешенных и растворенных в воде органических соединений [1].

Рисунок 1. Схема очистки сточных бытовых вод

Биологическая очистка перед другими методами имеет ряд значительных преимуществ. Микроорганизмы осуществляют полное разложение бытовых стоков до нейтральных продуктов (газ и вода), обеспечивая при этом круговорот веществ в природе. Таким образом, биологическая очистка в отличие от других способов не извлекает и не переводит загрязнения в другие

формы, что обеспечивает практически безотходность производства. В то же время биологические методы менее затратные, так как за исключением капитальных вложений почти не требуют эксплуатационных расходов. При этом основной рабочий компонент, активный ил, при благоприятных условиях самовоспроизводится.

Процесс биологической очистки, как уже было показано выше, основан на способности микроорганизмов, использовать для своего питания, находящиеся в сточных водах, органические вещества (спирты, кислоты, углеводы, белки, жиры и др. вещества) [6]. Азот, который необходим бактериям для жизнедеятельности, они извлекают из аммиака, нитратов, аминокислот, фосфор и калий — из минеральных солей, содержащихся в сточных водах. Активный ил, в процессе жизнедеятельности, получает материал для формирования и роста бактерий, скорость которого напрямую зависит от состава сточных вод. На интенсивность и эффективность биологической очистки значительное влияние оказывает скорость размножения бактерий [2].

Все методы биологической очистки в основном подразделяются на аэробные и анаэробные. При аэробных методах микроорганизмы используют растворенный в сточных водах кислород, а при анаэробных доступа к кислороду микроорганизмы не имеют.

Основными представителями аэробных методов являются аэротенки и биофильтры. В аэротенках процесс очистки осуществляется микроорганизмами. В процессе взаимодействия микроорганизмов друг с другом образуется активный ил, размер хлопьев, которых составляет в пределах от 1 до 4 мм. Биологическая очистка при этом осуществляется в ходе продвижения активного ила и сточной жидкости по коридору аэротенка. В ходе этого движения различают следующие процессы — деструкцию и трансформацию органического загрязнения микроорганизмами и биосорбцию загрязнения с образованием активного ила. Сорбируются как органические загрязнения, так и минеральные.

Биофильтр представляет собой герметичный объект, размещаемый на ровной площадке. При этом возможен быстрый его монтаж на площадях очистных сооружений из готовых заводских деталей. Механизм изъятия органических загрязнений из сточных вод осуществляется при контакте очищаемой сточной жидкости с активной биомассой. При этом активная биомасса биофильтра представляет собой структуру в виде биологическую пленку. Нужно иметь ввиду, что видовой состав, из которого состоит биопленка гораздо разнообразнее. Эта специфика, однозначно, повышает эффективность и стабильность очистки сточных вод. Кроме того, количество активной биопленки, на единицу объема биофильтра, в 25.. .50 раз больше для биофильтров с объемной загрузкой. При эксплуатации биофильтров с плоскостной загрузкой рабочей биомассы — в сотни раз больше, чем в аэротенках.

Основным преимуществом биофильтров по сравнению с аэротенками является естественное соответствие качества питательных веществ качеству потребителей. Качество субстрата обусловливает формирование биоценоза по ходу потока и создание оптимальных условий для очистки сточных вод. При эксплуатации не наблюдается вспухание активного ила, пенообразование, вынос активного ила из сооружения.

Анаэробные способы очистки сточных вод представлены различными септиктенками, сбраживателями и биофильтрами с обратной фильтрацией. Все представители данной группы не получили широкого применения очистки сточных бытовых вод из-за высокой стоимости высокопористых насадок, ограничений по взвесям в стоках и необходимости периодической трудоемкой промывки биофильтров.

Способы биологической очистки, как видно, обладают рядом преимуществ: низкое энергопотребление; возможность автономной работы и использовании изымаемых излишек активного ила в качестве удобрения; отсутствие при обработке вредных химических веществ; отсутствие в стоках

примесей и взвесей. Однако эти методы требуют в аэротенках заданного уровня насыщения кислородом и температуры в очищаемой жидкости.

Процессы преобразования органических веществ и энергии, протекающие при биологической очистке сточных бытовых вод, можно представить в виде системы реакций [4]:

Схнуо2 +о2 ^ со2 + н2о + ЛЖ ; (1)

Схну02 + N113 + А]¥ ^ (клеточное вещество)+ Н 1 Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Читайте также  Применение жира печени акулы в современной медицине

Биологический фильтр для очистки сточных вод

Что из себя представляет биофильтр? Это приспособление имеет ёмкость определённой формы, которая при использовании биоматериалов очищает сточные воды. Данные биоматериалы состоят из различных микроорганизмов. С помощью перепадов температуры атмосферы и очищаемой жидкости, в процессе очистительных работ осуществляется бесперебойная циркуляция воздуха. Это нужно для того, чтобы микроорганизмы в ёмкости получили кислород, который необходим им для жизни.

Разновидности биологических фильтров.

В биофильтрах существуют различные материалы, которые в них загружают. Можно выделить такие, как:

  1. Фильтры, использующие объёмную нагрузку. В них может содержаться галька, щебень и так далее.
  2. Технология плоской нагрузки. Производятся из крепких видов пластмассы, функционирующие в температурном спектре от 6 до 30 градусов.

По технологическим схемам разделяют:

  • Биофильтры с двумя этапами очистки, производящие воду высокой степени очищенности. Их обычно используют при тяжёлых погодных условиях или ограниченности высоты прибора.
  • Биологические фильтры с одним этапом.

По качеству очистки разделяют следующие виды:

  • Полная очистка.
  • Не полная очистка.

По типу передачи воздуха фильтры подразделяются на:

  • С природной подачей.
  • С искусственной циркуляцией воздуха.

Так же можно выделить 2 режима функционирования биофильтров:

  • С рециркуляцией — сильно загрязнённая жидкость подаётся небольшими объёмами для более качественной очистки.
  • Без рециркуляции — применяется, если вода загрязнена не очень сильно.

В зависимости от количества очищенной воды за промежуток времени выделяют:

  • Капельные — с небольшой проходимостью воды.
  • Высоконагружаемые — с возможностью очистки больших объёмов.

Биологические фильтры применяющие объёмную нагрузку подразделяются на:

  • Капельные. Им свойственна небольшая производительность. Если размер слоя будет 2 метра, то их загрузка составит 2-3 сантиметра.
  • Высоконагружаемые. При 4-ёх метровом слое их загрузка составит 4-6 сантиметра.
  • Башенные фильтры производятся высотой в 16 метров и имеют зернистость 4-6 сантиметров.

Все вышеперечисленные разновидности биофильтров могут быть реализованы, смонтированы и запущены нашей компанией PLAST.RU.

Фильтры использующие плоскую загрузку.

Усиленная загрузка производится элементами труб, кольцами и похожими компонентами. В резервуар закладывают металлическую или пластмассовую крошку. Слой очистки может составлять до 6 метров.

Усиленная загрузка с решётчатой или блочной загрузкой. Блоки производятся из листов асбеста или нескольких видов пластмасс.

Смягчённая нагрузка производится металлической сеткой, синтетикой или пластмассовой плёнкой. Нагрузку закладывают рулонным методом или прикрепляют на корпус. Высота нагрузки составит 8 метров, а пористость не менее 95 процентов.

Биологические фильтры для погружения — ёмкости с вогнутым дном. Металлические, пластмассовые или асбестовые диски прикрепляются выше уровня очищаемой жидкости. Эти диски прикрепляются на расстояние 1-2 сантиметра друг от друга.

Смягчённая загрузка производится при расходах в 10000 метров кубических в сутки, а блочная — до 50000. Погружной тип фильтров используется при низкой нагрузке.

Схема функционирования биофильтра.

Подача воды может быть двух типов: струйным и капельным. Воздушные массы собираются с поверхности. Очищенные до этого сточные воды с низким загрязнением сами протекают в распределительное отделение, которое частями выдаёт её поверх массы загрузки. После этого, водная масса течёт в систему дренажа, затем на лотки за границами биофильтра. С другого отстойника убирается биоплёнка.

Биологические фильтры капельного типа подразумевают работу с небольшой, органической загрузкой. Для того, чтобы фильтр своевременно очищался от мертвой плёнки, производится гидравлическая загрузка.

Вся загрузка биологического фильтра должна равномерно орошаться. Это нужно для того, чтобы исключить появление увеличенной или уменьшенной нагрузки на гидравлику.

Биофильтры капельного типа не могут быть отрегулированы под переменчивость внешних факторов. При использовании смотрят на степень загрязнённости и состояние фильтров. Намного выгоднее производить полную смену загрузки, так как её очистка стоит очень дорого. В фильтр должны заливаться сточные воды с концентрацией взвешенных частиц не более 100 миллиграмм на литр.

Очень значимым фактором при использовании является аэризация биофильтра. Количество кислорода не должно быть ниже, чем 2 миллиграмма на литр. Время от времени важно производить очистку углубления под дренажем и над дном.

Биофильтр капельного типа очень тяжело реагирует на зимние холодные ветра. Для качественной эксплуатации фильтра устанавливают защиту от ветра. Разная нагрузка ведёт за собой заболачивание биофильтра, которую можно убрать сменой загрузки. Эксплуатации фильтра так же могут вредить посторонние вещества в загрузке и дозирующих ёмкостях.

Высоконагружаемые биологические фильтры

Данному виду биофильтров характерен увеличенный воздухообмен и, следственно, окислительная мощность. Производится увеличенный воздухообмен большой фракцией загрузки и увеличенной нагрузки воды.

Очищаемые водные массы передвигаются на высокой скорости и сносят трудно-окисляемые вещества и биоплёнку. На остальное загрязнение тратится кислород.

Фильтрам с высокой нагрузкой характерен высокий слой загрузки, увеличенная зернистость дренажа и дно специального типа для того, чтобы была произведена искусственная циркуляция воздушных масс.

Промывка данного типа биофильтра может осуществляться только при бесперебойной и постоянной подаче воды.

Чем выше высота загрузки, тем эффективнее биологический фильтр и наоборот.

Устройство и функционирование фильтров

К составу биофильтров могут относиться:

  • Тело биофильтра — загрузка для фильтрации, которая находится в ёмкости, открытой для поступления в неё водных масс. Наполнители обязаны быть с невысокой плотностью и увеличенной площадью поверхности.
  • Приспособление, которое распределяет воду. Оно обеспечивает планомерное орошение загрузки неочищенной водой.
  • Дренаж.
  • Приспособление, которое распределяет воздушные массы. Производит реакции окисления с помощью кислорода. Эти реакции в биологических фильтрах похожи на орошение земельных угодий, но в более высоком темпе.

Принцип работы биологического фильтра

Загрузка производит очистку воды от не растворившихся веществ, которые прошли через отстойники. Микроорганизмы в ней существуют с помощью окисления органики. Остальные органические вещества служат для повышения биологической массы. Производится 2 эффективных процесса: в воде убиваются ненужные органические вещества и повышается биоплёнка. Массы сточной воды заберут с собой мёртвую часть биоплёнки. Вентиляция подаёт кислород двумя способами: искусственным и естественным.

Расчёт фильтров

Биофильтры капельного типа

Расчёт нужен для того, чтобы найти эффективный размер загрузки и параметров устройства водораспределения, а так же размера лотка, для отвода жидкости. Размер загрузки вычисляется по мощности окисления — ОМ. Мощность окисления — это количество обязательного кислорода в день. На неё оказывает влияние температура жидкости и воздуха, материалы загрузки, способы подачи воздуха и так далее. При среднегодовой температуре ниже трёх градусов, биологический фильтр должен быть перенесён в более обогреваемую среду с 5-кратной подачей воздуха.

Для биологических фильтров с высокой нагрузкой существует точный метод подсчёта:

Рассчитывается предельная концентрация загрязнения входящей водной массы. Далее, с помощью формул определяется коэффициент рециркуляции. Существуют методики подсчёта биофильтров, для которых используются усложнённые формулы, но которые дадут результаты высокой точности.

Вентилирование биофильтров

Как упоминалось выше по тексту, биологические фильтры имеют 2 типа передачи кислорода, естественный и искусственный. Тип вентилирования выбирают в зависимости от вида биофильтра и погодных условий.

Для фильтров с высокой нагрузкой применяют вентиляцию с невысоким давлением. Что касается аэрофильтров, то для них используют искусственное вентилирование. Установка фильтра в замкнутом пространстве подразумевает обязательную подачу воздушных масс в него.

Должна производиться постоянная циркуляция воздуха, ведь перебои могут повысить температуру до 60 градусов и вызвать появление неприятных запахов от гниения биологической плёнки.

Фильтр эффективно функционирует при температурах более шести градусов. В случаях, когда температура жидкости ниже шести градусов, нужно подогревать её перед подачей.

Для того, чтобы в холодные времена года биофильтр не замерзал, используют защиту от ветра и понижают коэффициент неравномерной подачи воды. Далее проводят ограничения по поступлению прохладного воздуха: за 60 минут на 1 кв. метр производится подача не более 20 куб. метров. Вентилируемые решётки оснащаются жалюзями, защитой из ткани.

Ширина биологической плёнки прямо влияет на равновесие в биофильтре. Чем больше ширина, тем больше вероятность, что воздушные массы перестанут поступать и начнётся процесс гниения. С этой проблемой чаще всегда сталкиваются при использовании фильтров капельного типа.

Раньше думали, что естественное поступление кислорода возможно только из-за различных температур. Но в итоге стало известно, что на него оказывает влияние процессы диффузии.

Биологические фильтры

Биологические фильтры – оборудование для очистки сточных вод посредством жизнедеятельности аэробных бактерий. Его конструкция – проста, это емкость, заполненная загрузочным материалом. Сточные воды проходят через сооружение, а на его поверхности формируется биологическая пленка, состоящая из аэробных бактерий. По типу используемого загрузочного материла, фильтры подразделяются на 2 вида:

  • объемные (зернистые);
  • плоскостные.

Биофильтры с объемной загрузкой

В оборудовании этого вида используются галька, щебень горных пород, керамзит, шлак. Материал должен быть отсортированным, прочным, выдерживать морозы. Загрузка не должна утрачивать прочность:

  • при нагрузке 100 кПа в естественном состоянии при насыпной плотности до 1 тысячи кг/м 3 ;
  • при замораживании не менее 10 раз;
  • насыщение сернокислого натрия – не менее 5 раз;
  • кипячение в 5-процентном растворе соляной кислоты в течение 1 часа.

Производители выпускают биофильтры с объемной загрузкой трех видов:

  • Капельные. Это наиболее конструктивно простые ОС. Загрузочные материалы имеют мелкую фракцию, макропористую поверхность, увеличенную концентрацию микроорганизмов. Но капельные фильтры – быстро заболачиваются.
  • Высоконагружаемые. В этом оборудовании используется загрузка более крупных фракций, в них реализована большая гидравлическая нагрузка за счет рециркуляции стоков, выполняется аэрация вентиляторами.
  • Башенные. Их рекомендуют использовать при расходе стоков до 50 000 м 3 /сутки для неполной и полной очистки.

Требования к загрузочному материалу по фракциям представлены в таблице ниже.

Тип биологического фильтра

Остаток, % по массе, на контрольных ситах с отверстиями диаметром, мм

Высоконагружаемые с загрузкой щебнем

Капельные с загрузкой:

Примечания: 1. Содержание зерен пластинчатой и игловой формы в загрузочном материале допускается не более 5%. 2. Для нижнего поддерживающего слоя высотой 0,2 м во всех случаях используется материал с крупностью зерен 70 – 100 мм.

Биофильтры с плоской загрузкой

В этом оборудовании в качестве загрузочного материала используются пластмассы, которые без потери прочности выдерживают температуры от +6 до +30 градусов С. Эти установки характеризует более высокая окислительная способность. По параметрам загрузки различают такие виды:

  • жесткая загрузка из колец, шариков, трубных обрезков;
  • загрузочные материалы из листов, собранных в блоки;
  • мягкая загрузка из синтетических тканей, металлических сеток или полимерных пленок, материалы укладываются рулонами или закрепляются на каркасы.

Также используются погружные биофильтры, они рациональны на объектах, где расход стоков не превышает 500 м 3 /сутки.

На станции рекомендуется использовать от 2 до 8 секций фильтров.

Капельные биологические фильтры

Гидравлическая нагрузка на 1 м 2 поверхности этого оборудования составляет – от 1 до 3 м 3 /сутки, окислительная мощность – от 0,15 до 0,3 кг/ м 3 х сутки. Для капельных биофильтров используют загрузку фракций от 25 до 40 мм. Высота фильтра варьируется в пределах от полутора до 2 метров. В оборудовании используется естественная вентиляция. Суммарная площадь отверстий должна быть не менее 1% от площади биологического фильтра.

Расчет технических параметров оборудования регламентирован СНиП. Он требует определять коэффициент:

La – БПКполн стоков на входе;

Lt – БПКполн очищенных сточных вод, ее принимают равной 15 мг/литр.

Другие технические характеристика капельного биологического фильтра представлены в нижеследующей таблице.

Гидравлическая нагрузка, q, м 3 /(м 2 ·сут)

Значение К в зависимости от температуры сточной воды Т, °С, высоты биофильтра Н, м, и гидравлической нагрузки q, м 3 /(м 2 ·сут)

Оборудование этого вида размещают в отапливаемых помещениях. Установки с производительностью более 500 м 3 /сутки можно устанавливать в неотапливаемых помещениях.

Высоконагружаемые биофильтры

В отличие от капельного оборудования высоконагружаемые фильтры характеризует более высокая окислительная мощность – от 0,75 до 2,25 кг/ (м 3 х сутки БПК). Этот эффект обусловлен отсутствием заиляемости и хорошим воздухообменом. В установках используется загрузка с фракциями от 40 до 70 мм с рабочей высотой от 2 до 4 метров. Гидравлическая нагрузка варьируется от 10 до 30 м 3 /(м 2 х сутки). В оборудовании может использоваться естественная или искусственная вентиляция.

Для расчетов аэрофильтров очистки бытовых и близких к ним по составу стоков нужно определять коэффициент K:

K = 10 α F + β , где

F – критериальный комплекс, равный HB 0,6 KT/q 0,4 ;

Читайте также  Что такое аминокислота?

α и β – коэффициенты, зависящие от величины F и удельного расхода воздуха.

Таблица. Значения коэффициентов α и β

Удельный расход воздуха В, м 3 /м 3

Критериальный комплекс F

Значение коэффициента К при средне зимней температуре сточной воды Т, °С

Гидравлическая нагрузка q, м 3 /(м 2 ·сут)

Точные параметры аэрофильтров определяют технико-экономическим обоснованием.

Биологические фильтры с пластмассовой загрузкой

Пористость пластмассовой загрузки, в сравнении с фракционными материалами, высока, она составляет от 73 до 99%. Это обуславливает большую производительность ОС. Окислительная мощность по снятой БПК при неполной очистке может достигать 4,5 кг/ (м 3 х сутки), при неполной – 2,7 кг/ (м 3 х сутки).

Максимальный технико-экономический эффект от использования оборудования этого вида достигается на 1 ступени 2-ступенчатой неполной очистки, а также осветления сточных вод небольших объектов, включая городки и промышленные площадки.

Производители выпускают фильтры с загрузкой пластмассой нескольких видов:

  • с жесткой засыпной, плотностью от 40 до 100 кг/м 3 , пористость – от 70 до 90%;
  • с жесткой блочной, плотностью от 40 до 100 кг/м 3 , пористость от 90 до 97%;
  • с мягкой, плотностью от 5 до 60 кг/м 3 , пористость – от 94 до 99%.

СНиП рекомендует БПКполн – не более 250 мг/литр, рабочую высоте – от 3 до 4 метров. Гидравлическая нагрузка определяется по таблице ниже.

Требуемая степень очистки, %

Гидравлическая нагрузка, м 3 /(м 3 ·сут), при высоте слоя загрузки, м

При среднезимней температуре сточной воды, °С

Допустимая нагрузка по БПК – по следующей таблице.

БПК5 очищенной воды, мг/л

Нагрузка по БПК5, кг/(м 3 ·сут), при высоте слоя загрузки, м

При среднезимней температуре сточной воды, °С

Для требуемой производительности оборудования в 1 тысячу и до 9,6 тысяч м 3 /сутки предлагаются секционные биофильтры. Количество секций: 2, 4 или 6. Схемы установок – на рисунке.

Рис. Биофильтр с пластмассовой загрузкой

1 – реактивный ороситель; 2 – подающий трубопровод; 3 – блок загрузки из гофрированных листов полиэтилена; Б-1, Б-2 и т.д. – блоки пластмассовой загрузки

В секционных биофильтрах может использоваться 2 вида загрузки.

Удельная площадь поверхности, м 2 /м 3

Плотность, кг/ м 3

Полиэтиленовые листы с гофром типа «сложная волна» (лист. Гофрированный в двух направлениях).

Полиэтиленовые листы гофрированные

Объем загрузки 1 секции – 56 м 3 .

Погружные биофильтры

Погружные или дисковые биологические фильтры – это оборудование, сформированное из дисков, насаженных на одну ось параллельно друг другу. Оно погружается в стоки почти до оси. Осветление вод выполняет биопленка, которая образуется на поверхности дисков. Схема установки отображена на рисунке ниже.

Рис. Схема устройства дискового биофильтра

1 – дисковый блок из пластин; 2 – вал; 3 – привод дискового блока; 4 – подводящий лоток; 5 – ванна; 6 – водослив; 7 – отводящий лоток

Исходные стоки поступают в корыто, а отводятся – через перелив с противоположного края. Расчет оборудования выполняется согласно нагрузке на 1 м 2 поверхности дисков. По информации зарубежных технологов она составляет от 7 до 100 г/сутки БПК. Для достижения разных степеней очистки используются разные нагрузки:

  • для 60-процентной – 80 г/сутки, расположение дисков 1 или 2 ступени;
  • для 80-процентной – 40 г/сутки, расположение дисков – 2 или 3 ступени;
  • 90-процентной – 20 г/сутки, расположение дисков – 3 или 4 ступени.

Диаметр дисков может составлять от 2 до 3 метров, дистанция между ними – от 15 до 20 мм, расстояние от дна до диска – от 25 до 50 мм. Преимущественно дисковые фильтры используются за рубежом для очистки бытовых и производственных вод. Преимущества этого оборудования – незначительные. Но оно считается простым и надежным.

Башенные биологические фильтры

При БПК 20 высота загрузки на очистку принимается:

  • 250 мг/литр – 8 м;
  • 300 мг/литр – 10 м;
  • 350 мг/литр – 12 м;
  • 450 мг/литр – 14 м;
  • 500 мг/литр – 16 м.

Это оборудование выпускается одно- и 2-ступенчатое. Во втором случае между ступенями можно обустроить отстойник, где воды будут находиться в течение 1 часа. В установках используется загрузка с фракциями от 40 до 100 мм. Загрузочный материал помещают на колосниковые решетки, слоями. Толщина слоя – от 2 до 4,5 метров. Очистка происходит при естественной аэрации. Расчет башенных фильтров выполняется согласно таблице ниже.

БПК20 очищенной воды, мг/л

Нагрузка по БПК20, кг/(м 3 ·сут), при средней зимней температуре сточной жидкости Т, °С

Биологическая очистка воды

Человечество не может обходится без воды. Вода – это жизнь. Вода — это производство. Вода- это развитие нашей цивилизации. Ценность воды как ресурса подкрепляется также её способностью к возобновлению и восстановлению. Поэтому до момента возврата в природную среду следует провести мероприятия по очистке сточных вод.

  • 1. Цели и задачи биологической очистки воды.
    • 1.1. Необходимость очистки сточных вод.
    • 1.2. Сфера применения биологической очистки сточных вод.
  • 2. Механизм и технология процесса очистки отработанных стоков.
    • 2.1. Механизм очистки сточных вод.
    • 2.2. Технология биологической очистки стоков.
  • 3. Какие сооружения и станции используют для очистки загрязнений сточных вод.
    • 3.1. Разновидности методов биологической очистки.
    • 3.2. Технологическая схема процесса станции биологической очистки сточных вод.
  • 4. Плюсы и минусы различных методов биологической очистки.
  • 5. Заключение.

1. Цели и задачи биологической очистки воды.

  • Очистка сточных вод – это последовательность шагов по удалению органических и неорганических загрязнений промышленных, хозяйственных, бытовых стоков.

В настоящее время очистка воды включает в себя нижеприведенные методы:

1.1. Необходимость очистки сточных вод.

Человечество с давних времён осознавало ценность воды и понимало необходимость её очистки. Прежде чем вернуть воду природе, человек древности отстаивал её в резервуарах. Расслаиваясь, верхний слой воды возвращался в природу, а осадок служил удобрением. Ещё много тысячелетий назад человечество заметило способность воды к самоочищению. Нам, людям современности, конечно, понятны химические процессы разложения на простейшие вещества и обеззараживание с помощью солнечного ультрафиолета.

Принцип биологических очистных сооружений придуман самой природой. Однако в настоящее время развитие человеческой цивилизации идёт такими прогрессирующими темпами, что у нас просто нет времени на ожидание очистки стоков естественным способом. Вторая проблема, стоящая перед современным человеком, это рост потребления водных ресурсов, а соответственно и рост количества стоков, рост объёмов воды, которые нужно вернуть природе. У нас нет таких площадей и территорий для того, чтобы стоки самоочищались в естественных условиях.

Время и пространство — это те факторы, которые человек ставит во главу углу, взяв за основу метод природной биологической очистки сточных вод, ускорив его способом принудительной (искусственной) аэрации.

1.2. Сфера применения биологической очистки сточных вод.

Загрязнение воды определяется отраслевыми особенностями производств и потребностями домохозяйств. Это предприятия ЖКХ, предприятия агропромышленного комплекса, заводы по переработке нефти и нефтепродуктов, целлюлозно-бумажная промышленность, производство и выделка кожи, спиртовая, пищевая промышленность, СТО, АЗС, предприятия общепита, туристическая отрасль и т.д. В каждой конкретной местности сток по своему химическому составу будет различным. Соответственно, следует использовать расчётные показатели качества воды на входе, чтобы принять решение о способе очистки стоков.
К сточным водам относят также атмосферные осадки.
Как видно, состав сточных вод всегда будет отличатся и зависеть от отрасли и региона, где были взяты пробы. В самом общем по составу все загрязнения сточных вод делятся на:

В составе стоков могут быть

  • Хлоридные и азотные соединения;
  • Органические соединения бензола, глюкозы, ацетона, этанола и т.д.;
  • Калий;
  • Фосфор;
  • Кальций;
  • Белки, жиры, углеводы.
  • ПАВы, фосфаты, сульфаты и прочие соединения.

Органические загрязнения при распаде создают гнилостные осадки, выделяющие характерный запах канализации. Именно для удаления органики используют биологический метод очистки сточных вод

2. Механизм и технология процесса биологической очистки отработанных стоков.

2.1. Механизм биологической очистки сточных вод

Органика, которая содержится в сточных водах является прекрасной средой, источником энергии и пищи для разнообразных микроорганизмов, которые своей деятельностью разрушают составные органические соединения до простых аминокислот, белков и т.д. Таким образом, колонии микроорганизмов растут, самовозобновляются, а при избытке «пищи» размножаются сверх нормативов.

Отмершие колонии погружаются на дно резервуара и удаляются с наравне с избыточными.

  • Принцип биологической очистки стоков основан на способности микроорганизмов расщеплять органические соединения до простых веществ – воды, метана, сероводорода, углекислого газа. Органика – это источник энергии для бактерий и простейших.

2.1. Технология процесса биологической очистки стоков

Ключевым компонентом в технологии биоочистки является активный ил. Для многих этот агент вызывает множество вопросов: «Ил как в речке?», «Как его сделать активным?», «От чего зависит его активность и эффективность?»

  • Активный ил- это специфический биоценоз живых организмов, перерабатывающих загрязнения сточных вод.

Биоценоз обладает определёнными характеристиками, которые рассчитываются исходя из потребностей очистки стоков с заданными параметрами входа и планируемыми параметрами выхода стока. Это значит, что состав активного ила будет отличатся в зависимости от характеристик загрязнений.

Какие организмы входят в состав активного ила? Это бактерии, дрожжи, грибы, простейшие, коловратки, кольчатые черви и прочие.


Рис.2. Разнообразие микроорганизмов.

Для активного потребления бактериями загрязнений требуется несколько условий:

  • 1. Наличие/отсутствие кислорода.
  • 2. Определённая температура.
  • 3. Кислотно-щелочной баланс.

В биологических очистных сооружениях используют аэробные и анаэробные бактерии.


Рис.3 Виды Аэробных и анаэробных бактерий, их классификация и назначение в процессе биологической очистки.

Аэробные бактерии существуют только в среде, содержащей кислород. Они полностью расщепляют органику до СО2 и Н2О, наращивая собственную биомассу. Опишем формулой данный процесс: CxHyOz + O2 -> CO2 + H2O + биомасса бактерий, где CxHyOz – органическое вещество.
Анаэробные бактерии живут без кислорода, из-за этого прирост их биомассы невелик. Анаэробный тип бактерий используется в бескислородном брожении органических соединений с образованием метана. Формула: CxHyOz -> CH4 + CO2 + биомасса бактерий

3. Какие сооружения и станции используют для очистки загрязнений сточных вод.

3.1. Разновидности способов биологической очистки.
Все способы биологической очистки делятся на естественные и искусственные.

Естественные Искуственные
Дренажные или фильтрационные поля Биофильтры
Биопруды Метатенки (анаэробные реакторы)
Аэротенки (аэробные реакторы)
фильтрующие колодцы
песчано-гравийные фильтры
каналы циркуляционного окисления
Станции биологической очистки (биореакторы)

3.2. Технологическая схема процесса станции биологической очистки сточных вод.

А теперь рассмотрим, как на практике работает очищение воды биологическим способом в очистных сооружениях.


Рис5. Технологическая схема процесса очистки стоков в очистном сооружении.

В очистных сооружениях биологического типа процессы расщепления органических веществ происходят в одном резервуаре, но в разных отсеках (зонах). Это значительно сокращает площадь, отводимую под станции биологической очистки.

В Первой аноксидной зоне удаляются азоты нитратов из возвратного активного ила, во второй — нитраты, образуемых в ходе процесса нитрификации в аэробной зоне для обеспечения требуемого качества очищенной воды по N-NO3.

На производительность процесса биологического удаления фосфора влияют: сколько времени сток нахождится в анаэробной зоне, сколько времени сток требуется для прохождения аноксидной и аэробной зон, какова масса легкоокисляемых органических соединений, возраст активного ила, концентрация нитратов в анаэробной зоне.

4. Плюсы и минусы всех методов биологической очистки

Таблица 1. Эффективность очистки в зависимости от способа

Занимаемая площадь Скорость очистки Потребность в воздухе Типы загрязнений Круглогодичная эксплуатация
Поля фильтрации, биопруды большая низкая да органические нет
Биологические очистные сооружения Малая высокая да органические да

5. Заключение

Биологическая очистка воды придумана самой природой. Однако развитие нашей цивилизации требует ускорения естественных процессов. В данном случае искусственное вмешательство человека в биологический механизм очистки идёт на пользу природе:

  • Сокращается время очистки воды.
  • В природу возвращаются продукты распада стоков –углекислый газ, вода, метан. Избыточный ил служит хорошим удобрением.
  • Низкая стоимость, так как для процесса биологической очистки не нужны дополнительные реагенты или устройства. Экономия происходит также за счёт сокращения персонала.
  • Биологическая очистка сточных вод создаёт естественный цикл природопользования.