Очисні споруди і методи контролю їх роботи

Життєдіяльність людини без води практично неможлива. Однак застосування сучасних миючих засобів, а також жир, пил та бруд навіть чисту воду роблять абсолютно непридатною для вживання. Тому методи очищення стічних вод у наші дні життєво потрібні.

Сучасне очищення стічних вод має на увазі повне або максимально можливе видалення забруднень, домішок та шкідливих речовин.

Методи очищення стічних вод повністю залежать від наявного характеру забруднень, а також від шкідливості домішок, що містяться в стічних водах, і в кожному окремо взятому випадку оптимальний метод підбирається в індивідуальному порядку.

Виды загрязнения воды

Забруднення води бувають:

​

Механічні

Хімічні

Бактеріальні та біологічні

Радіоктивні

Теплові

Види забруднення води

Стічна вода – це відпрацьована, здебільшого сильно забруднена вода населених пунктів (від 100 до 350 літрів на добу кожного жителя) і промислових підприємств. Перед скиданням в річки стічні води слід очищати настільки, щоб не отруїти річкову воду і не надати їй неприємного запаху.

Малий енциклопедичний словник

за редакцією Мейєра

Стічні води – це більшою чи меншою мірою забруднені в результаті використання побутові, промислові та виробничі води, що містять покидьки або відпрацьоване тепло, а також фізичними та біологічними властивостями, що змінюються в негативний бік..

Малая техническая энциклопедия

​

Стічна вода - це вода, забруднена внаслідок використання її в побуті та на виробництві, а також атмосферна вода, що відводиться з територій населених пунктів.Стандарт TGL 92-023

(«Сточные воды - терминология, определения понятий»)

​

Категорії стічних вод за вмістом

1. Води, які містять нетоксичні органічні речовини (побутові відходи разом з фекаліями, води підприємств харчової та целюлозної промисловості).
2. Води, які містять токсичні продукти та радіоактивні речовини, ксенобіотики (відходи підприємств металургійної та хімічної промисловості)

Категорії стічних вод за походженням

1. Атмосферні
2. Побутові
3. Промислові

В Україні з метою очищення промислових стоків вперше (1887 р., м. Одеса) було введено в експлуатацію біологічні зрошувальні системи та започатковано використання селекціонованих мікроорганізмів – деструкторів органічних речовин

Очищення стічних вод — комплекс заходів із забруднень, які у побутових і промислових стічних водах. Очищення відбувається у кілька етапів: - механічний - біологічний - фізико-хімічний - іноді дезінфекція стічних вод (УФ, хлор)

8

Способи очищення стічних вод

Найпоширеніші способи:

• механічні (відстоювання, фільтрація);
• фізіко-хімічні(коагуляція, флокуляція, нейтралізація з наступним відстоюванням);
• хімічні (іонний обмін, сорбція, формуваня нерозчиного осаду);
• термічні (пірроліз);
• біотехнологічні (аеробні, анаеробні, комплексні).

Основні показники процесу біохімічного очищення стічних вод

​

• БСК (біохімічне споживання кисню),
• ХСК (хімічне споживання кисню),
• параметри біохімічної активності мікроорганізмів.

БСК

​

характеризує кількість кисню, що потрібна мікроорганізмам для біохімічного окиснення органічних речовин-забруднювачів стічних вод з утворенням СО2 і Н2О протягом певного часу (наприклад, за 2, 5, 20 діб – БСК2, БСК5, БСК20).

ХСК

​

характеризує сумарний вміст органічних і неорганічних речовин у стічних водах за ознакою витрат хімічно зв’язаного кисню (мг О2/л), відображуючи кількість кисню у різних хімічних окиснювачах (суміші сірчаної кислоти з йодатом калію або хромової кислоти), яка витрачається в процесі нагрівання з метою окиснення речовин-забруднювачів стічних вод, у тому числі

й відновленого під час нітрифікації азоту.

​

Хімічне споживання кисню являє собою один з основних інтегральних показників антропогенного забруднення,

Біохімічна активність мікроорганізмів

​

пов’язана з їх біохімічною діяльністю, тобто швидкістю біорозкладання органічних забруднень у стічних водах.

Для її визначення використовують відносний біохімічний показник – БСКповн./ХСК.

Біохімічне окиснення можливе тоді, коли відношення БСК/ХСК ·100 = 50 %. Основна вимога при цьому – це відсутність у стічних водах отруйних речовин і домішок солей важких металів.

Трофічна піраміда біомаси в системі споруд�біохімічного очищення стічних�вод

Принципова схема очисних споруд: 1 - пісковловлювачі; 2 – первинні відстійники; 3 – аеротенк; 4 – вторинні відстійники; 5 – біологічні ставки; 6 – освітлення; 7 – реагентна обробка; 8 – метатенк; АІ - активний мул

15

Основні етапи очищення стічних вод

Біологічне (біотехнологічне) очищення стічних вод

Методи біологічного очищення засновані на використанні специфічних біологічних співтовариств, що носять загальну назву активного мулу, для глибокої утилізації як органічних, так і неорганічних забруднень.

Типи біоценозів, що використовуються у очисних спорудах

Рис. 5.1. Схема очисних систем:

а - з активним мулом (аеротенки);

б - з біоплівкою (біофільтри),

в - з активним мулом і біоплівкою (біотенки).

Факторы которые влияют на биологическую очистку воды

Головну роль очищенні води грає активний мул, де є певний набір мікроорганізмів. У зв'язку з цим є низка біотичних та абіотичних факторів, які можуть впливати на даний мул і отже впливати на процес очищення води.

Абіотичні фактори

Біотичні фактори

1. Наявність автохтонної (рідної) мікробіоти.

​

2. Наявність аллохтонної (чужорідної) мікробіоти.

​

3.Взаємовідносини хижак-жертва.

​

4. Швидкість репродукції.

1. Хімічний склад води.
2. Наявність токсинів

​

• Наявність поживних речовин

​

• Тип споруди (наприклад: розмір)

​

• Наявність кисню

​

• температура

Чинники які впливають на біологічне очищення води

�Екстенсивні методи очищення стічних вод – забезпечують високу ефективність очищення води (до 99,9 %)�

• поля зрошення,
• поля фільтрації,
• біологічні ставки.
• Додаткова дезінфекція не потрібна

​

Поля зрошення

• Корисну площу полів зрошення вираховують за формулою:

​

де Q_доб – приток стічних вод, м³/добу;

Q_нав – навантаження стічних вод на поле, м³/га на добу.

Поля фільтрації

Недоліками використання полей зрошування та полей фільтрації є їх великі площі та неможливість керування процесом очищення

Біоставки (біоплато)

�- яружно-балкові ставки;�- наливні ставки �- копані ставки.�

За характером розміщення біологічні ставки належать до трьох типів: 

Виходячи з концентрації стоків, що скидаються до водойми виділяють: 

біологічні ставки з розведенням

біологічні ставки без розведення

Ставки без розведення для доочішеня стічних вод

Водорості у складі біоценозу біоставків

Scenedesmus

Chlorella

Ankіstrodesmus

Метод електролізу

• Застосовують з використанням засипних електродів зерен магнезиту – електроліз власне стічної води і кухонної солі з подальшим додаванням його у знезаражувальну воду

�Інтенсивні методи біотехнологічного очищення стічних вод – функціонують завдяки діяльності аеробних та анаеробних мікроорганізмів�

Інтенсивні методи очищення стічних вод розділені на два типи, за типами мікроорганізмів:

​

1. аеробні біологічні методи очищення (аеротенки, біофільрі, біотенки)

2. очищення стоків анаеробними мікроорганізмами (анаєробні біофільтри, метантенки)

Аеробний процес

​

С₆Н₁₂О₆ +6О₂ --> 6СО₂ +6Н₂О + мікробна біомаса + тепло

​

​

            Анаеробний процес

​

С₆Н₁₂О₆ --> 3СН₄ + 3СО₂ + мікробна біомаса  + тепло

Загальний опис методів біологічного очищення

АЕРОБНИЙ ПРОЦЕС ��С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ --> 6СО₂ +6Н₂О + мікробна біомаса + тепло

Аеробне мікробне співтовариство представлено різноманітними м/о, переважно бактеріями, окисляющими різні органічні речовини переважно незалежно друг від друга, хоча окислення деяких речовин здійснюється шляхом соокисления (кометаболизм).

В активному муле показано наявність бактерій родів Paracoccus, Caulobacter, Hyphomicrobium, Nitrobacter, Acinetobacter, Sphaerotilus, Aeromonas, Pseudomonas, Cytophaga, Flavobacterium, Flexibacter, Halisomenobacter, Artrobacter, Corynebacterium, Microtrix, Nocardia, Rhodococcus, Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, Staphylococcus.

Більшість з них є факультативними анаеробами.

�Аеротенки

• Резервуари, в яких стічна вода і активний мул насичуються повітрям та перемішуються

​

Танк-відстійник первинного очищення

36

37

Зовнішній вигляд очисних споруд BIOMAR® ASB-OSB (Калуга, SABMiller)

Схема установки для біологічного очищення стічних вод:

1 — перша та друга анаеробні зони; 2 - аноксидна зона; 3 - аеробна зона; 4 - носії ВІЯ; 5 - рециркуляційний насос; 6 - система подачі повітря; 7 - зона утворення газів

Залежність ефективності видалення завислих речовин від часу перебування стічних вод в установці

Технічна реалізація інтенсивних аеробних способів очищення

За типом аерації аеротенки бувають:

• з механічної аерацією;
• з пневматичною аерацією;
• з пневмо-механічною аерацією

Технічна реалізація інтенсивних аеробних способів очищення

Залежно від способу змішування суспензії активного мулу з водою, що очищається, і гідродинамічного режиму руху суспензії активного мулу, аеротенки поділяються на:

• аеротенк-витискувач,
• аеротенк-змішувач;
• аеротенк складного типу.

​

​

Аеротенк-витискувач

• Переваги: практично повне вилучення всього забруднення зі стічної води.
• Недоліки: початкове пригнічення життєдіяльності мікроорганізмів активного мулу високою концентрацією органічних забруднень (необхідність доведення показників рівня забруднень до ХСК не більше 200-400 мг/л); очисна система вкрай чутлива до різких збільшень або коливань початкової концентрації забруднень.

Аеротенк-змішувач

• Переваги: активний мул не пригнічується підвищеними концентраціями забруднень
• Недоліки: залишкова концентрація шкідливих речовин завжди буде залишатися на якомусь певному рівні.

​

Аеротенк з розподіленою подачею стічної води та регенератором активного мулу

В аеротенках складного типу сполучаються обидва способи проведення процесу. У першій зоні апарату, де відбувається контакт висококонцентрованих стоків з активним мулом, домагаються режиму, що наближається до повного змішування, у другій частині - для досягнення більшої повноти вилучення забруднень зі стічної води - створюють режим потоку, що наближається до ідеального витиснення.

�Біофільтри

Найважливіша складова – завантажувальний матеріал. Розрізняють

• З об’ємним завантаженням
• З площинним завантаженням

Принципова схема біофільтра:�1 – подача води через розбризкувачі;�2 – фільтрувальний матеріал із�фіксованою біомасою (біоплівкою);�3 – відведення очищеної води.

�Очищення стічної води з використанням біофільтрів

​

​

Перевага:

• формування конкретного біоценозу приводить до практично повного видалення всіх органічних домішок.

Недоліки :

• початкове значення за ХСК не повинно перевищувати 500-550 мг/л, інакше можливо повне чи часткове знищення активної плівки;
• необхідність рівномірного зрошення поверхні біофільтра стічними водами, які необхідно подавати з постійною швидкістю;
• стічні води попередньо повинні бути очищені від завислих часток, інакше капілярні канали біофільтра дуже швидко заб'ються і відбудеться замулювання.

Біологічний фільтр - це заповнена велико зернистим матеріалом ємність.

На частках цього матеріалу живуть колонії мікроорганізмів.

Біологічні фільтри легко обслуговувати, ніж аеротенки. Вони більш надійні і здатні переносити навантаження по забруднення та обсягу стічних вод.

Як для будь-яких біологічних угруповань, для пристроїв біологічної очистки стоків існують граничні концентрації забруднень, при перевищенні яких мікроорганізми можуть загинути.

БІОТЕНК-БІОФІЛЬТР – аеротенки, де використовують іммобілізовану мікробну масу з насадкою, що виготовляється у вигляді касет або блоків із жорстких елементів або гнучких рулонних матеріалів. Касети або блоки заповнюють кільцями, шматками піноматеріалів (пемза, піноскло тощо), гофрованими листами або сітками із пластмаси або волокнистих матеріалів. Насадка дозволяє збільшити концентрацію активного мулу в біотенці за рахунок закріплення мікроорганізмів на ній.

Носії для іммобілізування гідробіонтів

Носії з іммобілізованими мікроорганізмами

Метантенки

Очищення висококоонцентрованих стічних вод з інтенсивним метагенезом

АНАЕРОБНИЙ ПРОЦЕС��С₆Н₁₂О₆ --> 3СН₄ + 3СО₂ + мікробна биомаса + тепло

Анаеробна деградація органічних речовин здійснюється чотирма групами мікроорганізмів: гідролітиків, бродильників, ацетогенів та метаногенів.

Ключову роль в анаеробній деградації органічних речовин до метану відіграють метанові археї родів Methanosarcina, Methanosaeta (Methanothrix), Methanomicrobium та інші. За їх відсутності або нестачі анаеробне розкладання закінчується на стадії кислотогенного та ацетогенного бродінь, що призводить до накопичення легких жирних кислот, переважно масляної, пропіонової та оцтової, зниження рН та зупинки процесу.

Метантенк Кур'янівської станції аерації, вид зверху.

Метантенк Кур'янівської станції аерації 1-м'яка покрівля; 2- цегла; 3-шлак; 4 - оглядовий люк; 5 - труба для випуску газу в атмосферу; 6 - газопровід, d = 200 мм, від газового ковпака; 7-газові ковпаки; 8-пропелерна мішалка; 9--переливна труба; 10 - трубопровід, d = 250 мм, для завантаження сирого осаду та активного мулу; // - трубопроводи, d = 220 мм, для видалення мулової води та вивантаження збродженого осаду з різних горизонтів, 12 - паровий інжектор, d = 300 мм, для підігріву метантенків; 13 - трубопровід, d! = 250 мм, для вивантаження збродженого осаду з конусної частини метантенка; Н - термометр опору; 15 - трубопровід, fi? = 250 мм, для спорожнення метантенка (у футлярі)

​

Метантенк біогазової установки у Гюссінгу (Австрія)

Станція біологічного очищення стічних вод

УТИЛІЗАЦІЯ АКТИВНОГО ІЛУ

Утилізований активний мул можна використовувати як:

​

Як мінеральні добрива, що зумовлено досить великим вмістом у них біогенних елементів. Активний мул особливо багатий на азот і фосфорний ангідрид.

2) Альтернатива палива. Підраховано, що при спалюванні 350 тис. т активного мулу можна отримати паливо, еквівалентне 700 тис. барелів нафти та 175 тис. т вугілля [1 барель – 159л.].

3) Як флокулянт для згущення суспензій, отримання з активного вугілля адсорбенту як сировини для отримання будівельних матеріалів і т.д.

4) У виробництві метану.

На кафедрі мікробіології, вірусології та біотехнології Одеського національного університету ім. І.І.Мечникова створена низка природоохоронних біотехнологій очищення води і ґрунту, які передбачають використання іммобілізованих на природних біологічно-позитивних носіях спеціалізованих бактерій, які володіють не тільки поліфункціональною деструктивною активністю по відношенню до нафти, нафтопродуктів, ПАР, барвників, але й забезпечують їх детоксикацію.

Непатогенні біохімічно-активні бактерії-деструктори виділені з природних вод та ґрунту, володіють антагоністичними властивостями по відношенню до патогенних та умовно-патогенних мікроорганізмів.

• Розроблено 2 форми біопрепарату, що містить іммобілізовані за спеціальною запатентованою біотехнологією бактерії-деструктори:
• - рідинна форма препарату містить іммобілізовані мікроорганізми-деструктори у складі біофлоків
• - суха порошкова форма - мікроорганізми-деструктори іммобілізовані на природних сорбентах різного складу, що дозволяє адаптувати біотехнологію використання біопрепарату для очистки стічних вод, природних морських та прісних вод, прибережних піщаних зон, а також грунту

• Технологія доочистки стічних вод з використанням біофільтрів, що використовуються у комплексних технологіях очистки стічних вод від нафтопродуктів, важких металів і жорстких ПАР

​

У 1998 р. біопрепарат був використаний у біофільтраційній системі очистки стічних вод одного з олійно-перероблювальних підприємств України. На біологічних майданчиках до складу фільтруючого завантаження (щебінь, пісок) додавали біопрепарат. На заключному етапі майданчики засаджували водно-болотними рослинами (рогоз та тростник). Така система природної очистки багатокомпонентних стічних вод показала високу ефективність

Види очисних споруд

Опис: Ця установка призначена для біологічного очищення побутових стічних вод від будь-яких будівель та споруд, що знаходяться поза зоною дії центральної каналізації.

Потребує мінімальної уваги при експлуатації.

Кількість користувачів від 2 до 5 осіб.

Принцип роботи: У фільтрах з кам'яного волокна та на поверхні шайб утворюється біоплівка – комплекс мікроорганізмів, що руйнують органічні забруднення стічних вод. Утворення біоплівки відбувається без додавання в установку мікроорганізмів та займає 10-14 днів.

Види очисних споруд

Опис: моноблочні установки (біологічний реактор поєднаний з 3-х камерним септиком), в самонесучому виконанні.

​

Продуктивність - 1,2-2,2 м3/добу. Кількість користувачів – від 3 до 10 осіб.

Види очисних споруд

Опис: Дані споруди призначені для аеробного способу очищення води. Передбачає очищення стоків від органічних забруднень за допомогою повітря та «активного мулу».

Потужність: більше 1000 м3/сут.