Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Класифікація біофільтрів

ЗМІСТ

ВСТУП……………………………………………………………………………...3 1 БАЗОВА ТЕРМІНОЛОГІЯ………………………………………………….…..5 2 ОЧИЩЕННЯ ПРОМИСЛОВИХ СТОКІВ..........................................................6 3 КЛАСИФІКАЦІЯ БІОФІЛЬТРІВ. ЗАНУРЕНІ БІОФІЛЬТРИ.……..………..8
3.1 Класифікація біофільтрів…………………………………………….……..8 3.2 Занурені біофільтри……………………………………………………..….9
ВИСНОВКИ…………………………………………………………………….…18 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ…………………………………………………………..19

ВСТУП

Проблема охорони довкілля вимагає прискореного впровадження високоефективних систем захисту водоймищ від забруднень, оскільки вода відіграє виняткову роль у процесах обміну речовин, що становлять основу життя. Основним джерелом забруднення водоймищ, що приводить до погіршення якості води і порушення нормальних умов життя її мешканців, є скидання промислових стічних вод.

Актуальність полягає в тому, що в даний час багато водойм із-за забруднення втратили своє значення як джерела рибогосподарського і санітарно-побутового водокористування. Проблема очищення промислових стоків і підготовки води для технічних і господарсько-питних цілей з кожним роком набуває всього більшого значення. Складнощі очищення зумовлене надзвичайною різноманітністю забруднюючих речовин в стічних водах, кількість і склад яких постійно змінюється в наслідок появи нових виробництв і зміни технології існуючих.

Методи очистки поділяються на три основних види: фізична, хімічна та біологічна. Метою даної роботи є розгляд обладнання для біологічної очистки стічних вод, яке є найбільш універсальним і широко вживаним методом очищення від органічних забруднень при обробці промислових стічних вод фармацевтичних і біотехнологічних підприємств. Тому як суб’єкт обрано промислову стічну воду, як об’єкт – занурені біофільтри.

Згідно ДСТУ 2569-94 «Водопостачання і каналізація. Терміни та визначення», промислова стічна вода – це вода, що утворилися в процесі виробничої діяльності (крім шахтних, кар’єрних і дренажних вод).

Біофільтр – це споруда, в якій стічна вода фільтрується через завантажувальний матеріал, покритий біологічною плівкою, яка утворилася колоніями мікроорганізмів.[1]

Метод біологічної очистки заснований на здатності мікроорганізмів використовувати різноманітні речовини, що містяться в стічних водах, в якості джерела живлення в процесі їх життєдіяльності. Біологічне окислення становить основу цього процесу, є наслідком протікання великого комплексу взаємозв'язаних процесів різної складності: від елементних актів обміну електронів до складних взаємодій біоценозу із зовнішнім середовищем. На даний час використання високоактивних симбіотичних культур активного мулу, стимуляторів біохімічного окислення, різного роду вдосконалених конструкцій аераційного устаткування і систем відділення активного мула дозволило у декілька разів підвищити продуктивність методу біологічного очищення. Значні резерви приховані також в області інтенсифікації масообміну.

Таким чином, в процесі культивування мікроорганізмів в штучно створених умовах, вода яка обробляється звільняється від забруднень, а метаболізм цих забруднень в клітинах мікроорганізмів забезпечує їх приріст біомаси активного мулу. Біологічним шляхом можуть оброблятися велика кількість складних і різноманітних органічних речовин [2].

1 БАЗОВА ТЕРМІНОЛОГІЯ

Згідно ДСТУ 2569-94 Водопостачання і каналізація. Терміни та визначення:

Стічні води - води, що утворилися в процесі господарсько-побутової і виробничої діяльності (крім шахтних, кар’єрних і дренажних вод), а також відведені з забудованої території, на якій вони утворилися внаслідок випадання атмосферних опадів.

Технологія очистки СВ – комплекс способів та відповідного для них комплекту обладнання.

Очищення стічних вод - видалення забруднюючих речовин із стічних вод з використанням фізичних, хімічних, біологічних і інших методів

Біологічне очищення стічних вод - спосіб очищення стічних води, при якому відбувається мінералізація (витягання) органічних речовин мікроорганізмами-сапробіонтами. Для стічних вод використовуються мілководі ставки, біофільтри або аеротенки.

Промислова стічна вода - стічна вода від технологічних операцій на промислових підприємствах.

2 ОЧИЩЕННЯ ПРОМИСЛОВИХ СТОКІВ

У біологічному фільтрі (біофільтрі) стічна рідина обтікає поверхню завантажувального матеріалу, покритого біологічної плівкою (біоплівки), яка утворюється колоніями аеробних мікроорганізмів. Проходячи через завантажувальний матеріал, забруднена вода залишає на ньому нерозчинені домішки, що не осіли в первинних відстійниках, а також колоїдні і розчинені органічні речовини. Останні сорбуються біоплівкою, що покриває поверхню завантажувального матеріалу. Мікроорганізми, що утворюють біоплівку, окислюють органічні речовини, використовуючи їх як джерело живлення і енергії. Таким чином, зі стічної води віддаляються органічні речовини і в той же час збільшується маса активної біоплівки в тілі біофільтра. Мікроорганізми які відпрацювали і загинули змиваються протікаючою стічною водою і виноситься з тіла біофільтра.

Існує думка, що повітря в тіло біофільтра надходить лише внаслідок різниці температур всередині біофільтра і поза ним. Цілком природно, що різниця температур прискорює повітрообмін, але тут спостерігаються і дифузійні процеси. При біологічному очищенню стічних вод (мікроорганізми біоплівки споживають з повітря кисень, а в повітря виділяють продукти реакції - вуглекислий газ, сірководень, метан і аміак [2].

Рисунок 1 - Схема обміну речовин в елементарному шарі біофільтра: 1 - матеріал завантаження; 2 - анаеробна зона біоплівки; 3 - аеробне зона біоплівки; 4 - стічна рідина; 5 - газова фаза

Отже, в порах біофільтрів парціальний тиск кисню повинен різко падати, а тиск вуглекислого газу зростати. Умови рівноваги усередині біофільтра і поза його створюють дифузійні потоки кисню всередину біофільтра, а вуглекислого газу назовні. Наявність же завантаження, покритої біологічної плівкою, перешкоджає цій дифузії. При досить великому опорі може наступити момент, коли споживання кисню біоплівки припиниться, оскільки його парціальний тиск у повітряному просторі пори досягне мінімальної величини. У цьому випадку в тілі біофільтрів можуть початися процеси гниття [2].

3 КЛАСИФІКАЦІЯ БІОФІЛЬТРІВ. ЗАНУРЕНІ БІОФІЛЬТРИ

3.1 Класифікація біофільтрів

Для більш детального ознайомлення розглянемо класифікацію біофільтрів. Біофільтри класифікуються за такими ознаками [1]:

за ступенем очищення: на повну і неповну біологічну очистку;
за способом подачі повітря: з штучною аерацією (аерофільтри) і з природною подачею повітря;
по режиму роботи: з рециркуляцією стічної води (тобто з поверненням частини очищеної рідини в біофільтр) і без неї;
за технологічною схемою: одно-та двоступеневі біофільтри;
по пропускній здатності: малої пропускної здатності (краплинні біофільтри до 1000 м3/добу) і великий (високонавантажувані до 30-60 тис. м3/добу);
по виду та особливостям завантажувального матеріалу: біофільтри з об'ємною (гравій, шлак, керамзит, щебінь тощо) і площинний (пластмаси, тканини, азбестоцемент, кераміка, метал та ін) завантаженням.

Біофільтри з об'ємною завантаженням розрізняються по висоті завантаження: крапельні мають висоту 1 ÷ 2 м, високонавантажувані - 2 ÷ 4 м і баштові висотою 8 ÷ 16 м.

Біофільтри з площинним завантаженням поділяються на такі [1]:

з жорсткою засипний завантаженням (керамічні, пластмасові або металеві насипні елементи);
з жорсткою блокової завантаженням (гофровані або плоскі листи або просторові елементи);
з м'якою або рулонної завантаженням, виконаної з металевих або пластмасових сіток, синтетичних тканин, які кріплять на каркасах або вкладають в рулонах;
заглибні біофільтри, що складаються з пакету дисків, насажанних на горизонтальну вісь обертання. З успіхом застосовуються при малих витратах стічних вод до 500 м3/добу.

У всіх біофільтрах з об'ємною завантаженням спостерігається обернено пропорційна залежність між їх продуктивністю і площею поверхні завантажувального матеріалу, тобто збільшення робочої (площі (поверхні біофільтра неминуче призводить до погіршення умов аерації [2].

Конструктивно поєднати сприятливі умови аерації та значну площу поверхні завантаження можна в біофільтрах з площинною завантаженням (до яких відносять занурені біофільтри), де при пористості 95% може бути питома площа поверхні завантаження, рівна 100-130 м2/м3. Ці дві обставини і, крім того, хороші гідродинамічні умови руху рідини в тілі біофільтра і є причиною високої продуктивності біофільтрів з площинним завантаженням.

3.2 Занурені біофільтри

Великий інтерес, що проявляється до занурених біофільтрів, свідчить про перспективність їх застосування, особливо для очищення невеликих обсягів стічних вод - до 200-500 м3/добу, тобто в тих випадках, коли коефіцієнт нерівномірності надходження стічних вод великий.

Занурені біофільтри представляють собою комбіновані споруди для біологічного очистки стічних вод, що мають ознаки біофільтрів і аеротенків. До основних складових частин занурених біофільтрів можна віднести:

резервуар для стічної води;
просторова конструкція завантаження, що володіє розвиненою поверхнею закріплена на обертовому горизонтальному валу над резервуаром;
лотки для розподілу і збору води;
двигун для обертання валу.

По виду просторових конструкцій заглибні біофільтри підрозділяються на дискові, шнекові, трубчасті, барабанні.

Переваги заглибних біофільтрів перед біофільтрами інших конструкцій і аеротенками:

індустріальні в будівництві;
компактні;
мають малу енергоємність;
прості і надійні в експлуатації, не вимагають великого перепаду висот при русі води;
не вимагають рециркуляції стічних вод.

У порівнянні з аеротенками заглибні біофільтри менш чутливі до токсичних речовин, мінеральних масел і синтетичним детергентам. Пропускна здатність цих біофільтрів знижувалася тільки при тривалих перевантаженнях споруд. Обсяг первинних відстійників розраховували на 0,5-1 год перебування стічних вод, а вторинних відстійників - на 1,5 год Доцільно застосування багатоступеневих установок [2].

Занурені біофільтри застосовуються для повної та неповної біологічної очистки побутових і виробничих стічних вод з витратами 1 м3/добу до 150 тис. м3/добу. Оптимальна область застосування - комплекси споруд пропропускної здатністю 250 ÷ 500 м3/добу з очищення стічних вод від окремих будівель, малих населених пунктів, кемпінгів, будинків відпочинку, санаторіїв та і ін.

У технологічній схемі станції очистки заглибні біофільтри займають місце між спорудами попереднього механічного очищення і вторинними відстійниками.

Рисунок 2 - Схема очистки промислових стічних вод

Розглянемо основні конструкції занурених біофільтрів. До найбільш розповсюджених занурених біофільтрів належать дискові і барабанні.

Дискові занурені біофільтри. Складаються з дисків діаметром 1 ÷ 5 м, що збираються в пакети по 30 ÷ 180 штук і закріплюються на горизонтальному валу Диски виконуються з металу, пластмас, азбестоцементу, тканин; їх товщина 1 ÷ 10 мм. Частота обертання вала становить 1 ÷ 50 об / хв.

Рисунок 3 - Схема дискового зануреного біофільтра

1 - подача стічних вод; 2 ... 5 - перша, друга, третя і четверта ступені біофільтра; 6 - випуск очищених стічних вод

На поверхні дисків утворюється біоплівка, подібна за видовим складом з біоплівки біофільтрів. На зануреної у стоки частини диска відбувається сорбція забруднень з рідини, потім при повороті диска ці забруднення окислюються на повітрі. Частина біоплівки відривається від поверхні і знаходиться в оброблюваної рідині в підвішеному стані аналогічно пластівцям активного мулу. Тому процеси окислення здійснюються як біоплівки, так і активним мулом. Навантаження по БСК_повн на 1 м2 поверхні дисків - до 200 г / добу, ефективність очистки - 50 ÷ 98%. Час перебування стічних вод в резервуарі не перевищує 3 ч. Продуктивність - до 1000 м3/добу [2].

В період роботи в біофільтрі не відбувається відкладення осаду, а товщина біоплівки на дисках залежить від надходження поживних речовин і споживання кисню. Окисна потужність біофільтра визначається кількістю вступників органічних речовин і не залежить від концентрації стічних вод. Отже, ступінь очищення стічних вод залежить від числа ступенів біофільтра і визначається тривалістю перебування стічних вод в занурювальному біофільтрі [2].

Рисунок 4 – Дисковий занурений біофільтр

Ефект роботи біофільтра підвищується при хорошому механічному очищенні стічних вод. Залежність роботи зануваного біофільтра від температури така ж, як і інших споруд біологічного очищення. Наявність нерозчинних жирів у стоках небажано, так як вони замулюють поверхню дисків і сприяють припинення доступу кисню до біоплівці. Застосування погружних біофільтрів також ефективно при очищенні мулової рідини з метантенків.

Проводилися дослідження з очищення висококонцентрованих стічних вод на двоступеневій установці з пакетами дисків діаметром 1,5 м. Неочищені стічні води, що містять молочну сироватку, мали початкову ХСК 500 - 4000 мг / л; гідравлічне навантаження становила 0,76-30 м3 / (м3- ч); частота обертання дисків змінювалася від 5 до 40 хв-1. Стічні води проходили послідовно I і II ступені заглибних біофільтрів з проміжним і вторинним відстійниками. Утворення великої кількості біомаси на дисках забезпечувало оптимальний контакт і асиміляцію домішок мікроорганізмами. Зміною частоти обертання дисків контролювалося не тільки перемішування біомаси в стічній воді, але і концентрація розчиненого кисню. Оптимальне зниження ХСК було досягнуто при концентрації розчиненого кисень-1, 5 мг / л. При концентрації ХСК неочищених стічних вод "500, 1300 і 4000 мг / л, частоті обертання дисків 20 хв-1 і тривалості перебування стічних вод в резервуарі біофільтрів I ступеня 30 хв зниження ХСК становило відповідно 70, 45 і 30%.

Рекомендуєть застосовувати занурені біофільтри для очищення виробничих стічних вод в якості II ступеня. Біофільтри характеризуються гнучкістю в роботі, низькою експлуатаційної вартістю і високим ефектом вилучення органічних забруднень [1,2].

Барані біофільтри. Цей вид заглибних біофільтрів складаються з барабана, закріпленого на обертаючому горизонтальному валу і заповненого завантажувальним матеріалом.

Рисунок 5 - Односекційний занурювальний барабанний біофільтр: 1 - підвідний лоток; 2 - електродвигун з редуктором, 3 - резервуар;

4 - вал, 5 - барабан з металевої сітки; 6 - каркас жорсткості; 7 - відвідний лоток; 8 - перегородки; 9 - сектори барабана; 10 - завантажувальні плоскі і гофровані листи; 11 - завантажувальні блоки; 12 - засипний матеріал (пластмасові кульки, обрізки труб та ін)

Жорсткий корпус барабана обтягається сіткою. Як завантаження використовують металеві, пластмасові та азбестоцементні гофровані, перфоровані і гладкі листи, м'які тканинні і плівкові матеріали, блокові елементи з пластмас.

Барабани мають довжину 2 ÷ 3 м і діаметр 2 ÷ 2,5 м, частота обертання 0,5 ÷ 5 об / хв. Процес очищення стічних вод проводиться аналогічно процесам в дискових заглибних біофільтрах.

Рисунок 6 - Восьмисекційні занурювальний барабанний біофільтр:

1 - підвідний лоток; 2 - електродвигун з редуктором; 3 - бетонний резервуар; 4 - секція біофільтра; 5-вал; 6 - проміжна опора зі стійками; 7 - бруси секції зі стрижнями; 8 - відвідний лоток; 9 - гнучка пластмасова плівка; 10 - кожух біофільтра

На рисунку 6 зображений занурювальний барабанний біофільтр, що складається з восьми секцій, закріплених на обертовому валу. Кожна секція утворена з брусів, попарно закріплених на валу в радіальних напрямках і з'єднаних між собою стрижнями, паралельними валу. Від валу до периферії брусів на стрижні кожної секції намотується гнучка пластмасова плівка, що утворює робочу поверхню біофільтра, на якій розвивається біопленка. Резервуар біофільтра можна перекривати кожухом.

Рисунок 7 – Завантажувальний матеріал біофільтрів

Рисунок 8 – Використання занурених барабанних біофільтрів у промисловості

ВИСНОВКИ

Отже занурений біофільтр, як споруда для біологічної очиски промислових стічних вод від органічних забруднень в штучно створених умовах можна застосовувати в складі локальних очистних споруд промислових підприємств фармацевтичної, мікробіологічної, харчової галузі.

Таким чином, штучно культивувані мікроорганізми звільнюють воду від органічних забруднень, що містяться в ній.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

Гудков А.Г. Проектирование малых очистных сооружений канализации с искусственной биологической очисткой: Учебное пособие.- Вологда: Во-ГТУ, 2000.- 60 c.
Яковлев С.В., Воронов Ю.В. Биологические фильтры - Москва: Стройиздат, 1982 - с.120.
ДСТУ 2569-94 «Водопостачання і каналізація. Терміни та визначення»
СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения».
Справочное пособие к СНиП 2.04.03-85 «Проектирование сооружений для очистки сточных вод»

Класифікація біофільтрів 📙 Реферат → 🆔 118290