Сооружения для биологической отчистки сточных вод

Федеральное агентство по образованию РФ

Казанский государственный  архитектурно-строительный университет

 

 

Кафедра ТГВ

               

 

 

 

                                          

 

Реферат на тему:

«Сооружения для  биологической очистки сточных  вод»

 

 

 

 

Выполнила: ст. группы 11-402

                                                                    Алаева Е. А.

                                                                    Проверила: Кареева Ю.Р.

 

 

 

 

 

 

 

Казань,2012г.

Содержание:

Введение…………………………………………………………………………...2

1.Очистка сточных вод, этапы  .………………………………………………….3

2.Биологическая очистка  сточных вод…………………………………………..7

2.1 Биофильтры с загрузкой из пеностекла или пластмассы…………………10

3.Аэробная биологическая  очистка сточных вод. Аэротенки………………...13

3.1 Установки, работающие по методу  аэробной стабилизации избыточного  активного ила…………………………………………………………………….13

4.Сооружения  для биологической очистки сточных  вод в искусственно созданных  условиях……………………………………………………………..15

Заключение……………………………………………………………………….18

Список использованной литературы…………………………………………...19

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Проблема очистки промышленых стоков и подготовки воды для технических и хозяйственно-питьевых целей с каждым годом приобретает наибольшее значение. Сложность очистки сказана с чрезвычайным разнообразием примеси в стоках, количество и состав которых постоянно меняется вследствие появления новых производств и изменение технологии существующих.        

Основным источником загрязнения водоемов, приводящих к ухудшению качества воды и нарушению нормальных условий жизнедеятельности гидробионтов, являются выбросы промышленных сточных вод. В настоящее время многие водоемы мира из-за загрязнения утратили свое значение как источники санитарно-бытового водопользования. Проблема охраны окружающей среды требует ускоренного внедрения высокоэффективных систем защиты водоемов от загрязнений.   В настоящее время метод очистки сточных вод активным илом является наиболее универсальным и широко применяемым при обработке стоков. Использование технического кислорода, высокоактивных симбиотических иловых культур, стимуляторов биохимического окисления, различного рода усовершенствованых конструкций аэротенков, аэрационного оборудования и систем отделения активного ила в несколько раз позволило повысить производительность метода биологической очистки. Значительные резервы скрыты также в области интенсификации массообмена.          Каждый населенный город и промышленное предприятие имеют комплекс подземных трубопроводов и очистных сооружений, с помощью которых осуществляется отвод использованных и отработавших вод, очистка и обеззараживание их, а также обработка, обезвреживание образующихся при этом осадков с одновременной утилизацией ценных веществ.  Проблема биологической очистки стоков приобретает возрастающее хозяйственое значение. Сточные воды являются источником различных заболеваний, вирусов и распространения эпидемий. Они являются источником загрязнения окружающей среды. Поэтому очень важно все сточные воды целенаправленно отводить, а главное устранить все негативные последствия от воздействия сточных вод.  

Сточные воды образуются при использовании природной и водопроводной воды для бытовых целей и технологических процессов промышленных предприятий. Также относятся атмосферные осадки, подземные воды.

 

 

 

 

1.Очиска сточных вод, этапы.

Очистка сточных  вод — это комплекс мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся в бытовых и промышленных сточных водах.

Очищение происходит в несколько этапов:

-механический

-биологический

-физико-химический

-иногда дезинфекция сточных вод.

 

Механический  этап.

На этом этапе происходит задержание нерастворимых примесей. Производится предварительная очистка поступающих на очистные сооружения сточных вод с целью подготовки их к биологической очистке.

Сооружения для механической очистки  сточных вод:

-решётки (или УФС — устройство фильтрующее самоочищающееся) и сита;

-песколовки;

-первичные отстойники;

-мембранные элементы;

-септики.

Стоки проходят через песколовки, где происходит осаждение мелких частиц (песок, шлак и т. п.) под действием силы тяжести, и жироловки, в которых происходит удаление с поверхности воды гидрофобных веществ путём флотации. Песок из песколовок обычно складируется и используется в дорожных работах.     

Для задержания крупных загрязнений  органического и минерального происхождения  применяются решётки, а для более полного выделения грубодисперсных примесей — сита. Отбросы с решёток дробят и направляют для совместной переработки с осадками очистных сооружений, либо вывозят в места обработки твёрдых бытовых и промышленных отходов Максимальная ширина прорезов решётки составляет 16 мм. Очищенные таким образом сточные воды переходят на первичные отстойники для выделения взвешенных веществ. Снижение БПК составляет 20-40 %.   В настоящее время мембранная технология становится перспективным способом при очистке сточных вод. Очистка сточных вод с использованием прогрессивной мембраной технологии применяется в комплексе с традиционными способами, для более глубокой очистки стоков и возврат их в производственный цикл.         В результате механической очистки удаляется до 60-70 % минеральных загрязнений, а БПК5 снижается на 30 %. Также, механическая стадия очистки важна для создания равномерного движения сточных вод (усреднения) и позволяет избежать колебаний объёма стоков на биологическом этапе.

Биологический этап

На биологическом этапе происходит минерализация сточных вод, удаление органического азота и фосфора, его главной целью является снижение БПК5. Биологическая очистка предполагает деградацию органической составляющей сточных вод микроорганизмами (бактериями и простейшими). С технической точки зрения различают несколько вариантов биологической очистки. Сейчас основными являются активный ил (аэротенки), биофильтры и метантенки (анаэробное брожение). Первичные отстойники, куда на этом этапе попадает вода, предназначены для осаждения взвешеной органики. Это железобетонные резервуары глубиной пять метров и диаметром 54 метра. В их центры снизу подаются стоки, осадок собирается в центральный приямок проходящими по всей плоскости дна скребками, а специальный поплавок сверху сгоняет все более легкие, чем вода, загрязнения, в бункер. Они предназначены для удаления активного ила с дна вторичных отстойников очистных сооружений промышленных и хозяйственных стоков. Также в биологической очистке, после первичных отстойников и аэротенков существует вторая линия радиальных отстойников. Во вторичных отстойниках находятся илососы.

Физико-химический этап. 

Данный метод используют для очистки от растворенных примесей и в некоторых случаях и от взвешенных веществ. Почти все методы физико-химической очистки требуют предварительного глубокого выделения из сточной воды взвешенных веществ, для чего широко используют процесс коагуляции.           В настоящее время в связи с использованием оборотных систем водоснабжения существенно увеличивается применение физико-химических методов очистки сточных вод:

- флотация; 
-сорбция; 
-центрифугирование; 
-ионообменная и электрохимическая очистка; 
-гиперфильтрация; 
- нейтрализация; 
-экстракция; 
-эвапорация; 
-выпаривание, испарение и кристализация.

Дезинфекция сточных  вод.

Для обезараживания биологически очищенных сточных вод, наряду с ультрафиолетовым облучением, которое используется, как правило, на очистных сооружениях крупных городов, применяется также обработка хлором, составляющая 30 минут.

Для окончательного обезараживания сточных вод предназначенных для сброса на рельеф местности или в водоем, применяют установки ультрафиолетового облучения.        Хлор давно используется в качестве основного обеззараживающего реагента практически во всех очистных городах в России. Поскольку хлор довольно токсичен и представляет опасность, очистные предприятия многих городов России уже активно рассматривают другие реагенты для обеззараживания сточных вод такие как гипохлорит и озонирование.

Мобильные устройства водоочистки.

Наряду со стационарными  станциями очистки сточных вод  в случаях, когда имеется потребность в очистке небольших их объёмах, применяются мобильные станции водоочистки. Они состоят из барботёра, угольногофильтра, ёмкости обеззараживания и циркуляционного насоса.

Термическая утилизация.

Его суть заключается в том, что технологические стоки в распыленном мелкодисперсном состоянии впрыскиваются в факел, образуемый при сжигании газообразного или жидкого топлива. При этом происходит испарение воды, а вредные примеси разлагаются до безвредных составляющих.

В ряду случаев механическая и химреагентная очистка не даёт необходимых результатов. Альтернативой является термическая утилизация технологических сточных вод путём их сжигания в печах, горелках и различных установках. За рубежом большое распространение получили печи термического разложения (более совершенные и дорогостоящие). В России широко используется огневой метод - надежный и недорогой.

 

 

 

 

 

2.Биологическая очистка  сточных вод 

Биологическая очистка представляет собой результат функционирования системы активный ил - сточная вода, характеризуемой наличием сложной многоуровневой структуры. Биологическое окисление, составляющее основу этого процесса, является следствием протекания большого комплекса взаимосвязанных процессов различной сложности: от элементных актов обмена электронов до сложных взаимодействий биоценоза с внешней средой.          Результаты исследований показывают, что характерной особенностью сложных многовидовых популяций, к которым относятся активный ил, является установление в системе динамического равновесия, которое достигается сложением множества относительно небольших отклонений активности и численности отдельных видов вту или иную сторону от их среднего уровня.

Сооружения и аппараты биологической очистки.    Биологическая очистка может осуществляться в естественных и в искусственных условиях.         К сооружениям естественной очистки относятся:     1. Фильтрующие колодцы, используемые при расходе 1 куб. м в сутки и менее, и фильтрующие кассеты - при расходе 0,6-6 куб. м в сутки.  2. Поля подземной фильтрации - при расходе до 16 куб. м в сутки и более.            3. Поля фильтрации - при расходе 1400 куб. м в сутки и менее. 
В этих сооружениях, фильтрующей загрузкой являются естественные грунты, используемые непосредственно на месте (пески, супеси, суглинки).  4. Фильтрующие траншеи, песчано-гравийные фильтры, применяемые при расходе 15 куб. м в сутки. Оросительная и дренажная сеть этих сооружений положена в слои искуственной фильтрующей загрузки из привозного грунта. Их устраивают при наличии водонепроницаемых или слабофильтрующих грунтов.          5. Фильтрующие кассеты с пропускной способностью 0,6-6 куб. м в сутки, применяемые в слабофильтрующих грунтах (суглинках) при коэффициенте фильтрации не менее 0,1 куб. м в сутки.    6. Циркуляционные окислительные каналы (ЦОК) - при расходе 100-1400 куб. м в сутки.           7. Биологические пруды с естественной или искуственной аэрацией - при расходе 1400 куб. м в сутки.         При круглогодной работе очистной станции, сооружения естественной очистки рекомендуется использовать, если удовлетворяются следующие условия:

-среднегодовая температура воздуха в районе расположения очистной станции не менее 10 град.С;

-глубина грунтовых вод не менее 1 м от поверхности земли; наличие свободных площадей в близи малых объектов. 

При сезонной работе станции (в летний период) первое условие, которое касается среднегодовой температуры, исключается.

Однако почвенные методы не всегда приемлемы из-за неблагоприятных санитарных, почвенно-грунтовых, климатических и гидрогеологических условий. В связи с этим, возникает необходимость в применении сооружений искусственной биологической очистки. К сооружениям, в которых биологическая очистка протекает в искусственно созданных условиях, относятся:

1. Биофильтры с загрузкой из пеностекла или пластмасы. 
2. Биодисковые фильтры. 
3. Биофильтраторы. 
4. Биореакторы с биобарабанами. 
5. Блок биореакторов с затопленной ершовой загрузкой. 
6. Аэрационные установки, работающие по методу полного окисления (продленной аэрации). 
7. Аэрационные установки с аэробной стабилизацией избыточного активного ила.

2.1 Биофильтры с загрузкой из пеностекла или пластмассы

Сооружения биологической  фильтрации, в особенности с прикрепленным биоценозом, хорошо себя зарекомендовали в работе с малыми расходами и пиковыми нагрузками по органике. Они просты и удобны, в них за короткое время (до 30 мин.) происходит скоростное изъятие загрязнений. На традиционных биофильтрах в качестве фильтрующей массы применяют объемный материал: щебень, гравий, керамзит. Блочные загрузки из блоков пеностекла имеют преимущества в технологическом, конструктивном, эксплуатационном отношениях по сравнению с другими материалами. Пеностекло - это теплоизоляционный строительный материал, он отличается механической прочностью, влаго-, паро- и газонепроницаемостью, огнестойкостью, морозостойкостью, долговечностью, устойчивостью к воздействию кислот. Площадь адсорбционой поверхности пеностекла, в зависимости от величины перфорации и с учетом малых и больших пор- 200 кв.м/куб.м. Пеностекло имеет чрезмерно развитую поверхность, удерживает в единице объема большее количество биопленки, чем какой-либо другой вид загрузочного материала и это способствует интенсивному изъятию загрязнений из сточных вод. Распределение сточной воды по поверхности биофильтра осуществляется с помощью реактивного оросителя. Пластмассовые загрузки используются в виде жесткой (кольца, обрезки труб), жестко-блочной (из плоских и гофрированных листов), а также мягкой (из пластмассовых пленок) засыпки. Таким образом, загрузка обладает высокой пустотностью, большой сорбционной поверхностью и относительно малым коэффициентом сцепления биопленки с поверхностью загрузки, это создает условия для образования тонкого слоя биопленки.  

Пластмассовая загрузка исключает заиливание биофильтров, значительно увеличивает объем поступающего воздуха и это способствует повышению окислительной мощности. Но кроме достоинств, биофильтры обладают и рядом недостатков. Так, высокая неравномерность поступления сточных вод от малых объектов крайне отрицательно влияет на работу биофильтров и аэротенков. В биофильтрах происходит подсыхание биопленки и наблюдается не равномерность температурного режима работы, создаются условия, способствующие заиливанию загрузки. Во избежание этих явлений, в часы минимального притока сточных вод осуществляют рециркуляцию очищенных сточных вод, что в итоге приводит к дополнительным энергозатратам на перекачку стоков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Аэробная биологическая очистка сточных вод. Аэротенки.

Для полной биологической  очистки сточных вод малонаселенных пунктов применяются:         1.аэрационные установки, которые работают по методу полного окисления (аэротенки подлинной аэрации);       2.аэрационные установки с аэробной стабилизацией избыточного активного ила.          Установки обоих типов обеспечивают стабильную высокую эффективность очистки сточных вод, применяются в любых климатических, грунтовых и гидрогеологических условиях и не требуют отвода большой площади земли.

3.1 Установки, работающие по методу аэробной стабилизации избыточного активного ила.

Аэробная стабилизация – это длительная (в течение нескольких суток) аэрация избыточного активного ила и смеси его с осадком сточных вод из первичных отстойников и др. нетоксичными осадками в сооружениях, аналогичных аэротенкам. В результате протекающих при этом процессов биохимич. деструкции органические вещества (минерализации осадка) повышается устойчивость осадка к загниванию, улучшаются санитарные условия его обезвоживания, хранения или утилизации. Впервые возможность глубокой деструкции органического вещества осадка в процессе длит. аэрации была установлена в 1932 в США. В 1950 в США был разработан процесс стабилизации активного ила посредством продленной аэрации непосредственно в аэротенках при очень низких нагрузках [не более 0,05 г БПК/(г иласут)]. Избыточный активный ил при этом практически не образуется. Достоинство этого процесса — простота конструктивного оформления и эксплуатации, недостаток — значит, объем аэротенков. Экономически целесообразно применение процесса продленной аэрации на очистных сооружениях пропуск, способностью до 2000 м /сут (в основном до 500 м3/сут).

Перед аэробной стабилизацией  осадка избыточный активный ил отделяется в отстойнике от сточной воды, затем обрабатывается в стабилизаторе, объем которого значительно меньше объема аэротенка при продленной аэрации. Это позволяет применять АСО на очистных сооружениях большей пропуск. способности.

Скорость потребления кислорода в начальный период аэрации резко падает, что свидетельствует об истощении внешнего субстрата — легкоокисляемого органического вещества, который определяет способность осадка к загниванию. В результате увеличения биофлокулирующей способности активного ила, его частицы укрупняются при одновременном снижении концентрации мелкодисперсных компонентов.

Основные параметры  аэробной стабилизации осадка — продолжительность аэрации и расход воздуха , определяются конечной целью процесса. Одновременное поступление сточных вод и возвратного ила обеспечивает их хорошее смешение, а это в свою очередь приводит к эффективному изъятию загрязнений.        Осветленные сточные воды собираются в отводной лоток вторичного отстойника, устроенного на поверхности жидкости, и отводится на сооружения доочистки и обеззараживания.     Установка работает следующим образом: сточная вода после решеток-дробилок и песколовки без отстаивания поступает в аэрационную часть сооружения. Аэрация смесь активного ила и сточных вод осуществляется механическим аэратором, установленным исключительно в центре аэрационной части. Обработанная жидкость в смеси с активным илом через затопленный водослив поступает в дегазационную камеру и в отстойник. Возврат активного ила в аэрационную зону осуществляется из бункерной части отстойника через циркуляционный трубопровод за счет гидростатического напора механического аэратора.

4.Сооружения для биологической очистки сточных вод в искусственно созданных условиях.

Биологическим путем  могут обрабатываться многие сложные и разнообразные органические вещества. Переработке подвергаются также некоторые неокисленные неорганические соединения — сероводород, аммиак, нитриты и т. д. Однако, в сточных водах присутствуют и такие вещества, которые биологическим путем не окисляются или окисляются настолько медленно, что завершение процесса оказывается недостижимым. К группе биологически неокисляемых веществ относятся многие углеводороды, некоторые сложные эфиры, ряд «жестких» синтетических поверхностно-активных веществ, красители и другие. Микроорганизмы культивируют как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Реакции осуществляют гетеротрофы. Когда вода очищена, экзогенный (внешний) источник органического углерода исчерпан, наступают благоприятные условия для развития автотрофных культур. При наличии в воде достаточной концентрации растворенного кислорода, в среде развиваются автотрофы — нитрификаторы, которые проводят биологическое окисление аммонийного азота сначала до нитритного, а затем до нитратного.

Метод биологической  очистки сточных вод основан на способности микроорганизмов использовать разнообразные вещества, которые содержатся в сточных водах в качестве источника питания в процессе жизнедеятельности. Таким образом, искусственно культивируемые микроорганизмы освобождают воду от загрязнений, а метаболизм этих загрязнении в клетках микроорганизмов обеспечивает их энергетические потребности, прирост биомассы и восстановление распавшихся веществ клетки.

Для нормального процесса синтеза клеточного вещества, следовательно, и для эффективного процесса очистки воды, в среде должна быть достаточная концентрация всех основных элементов питания — органического углерода, азота, фосфора.

Кроме основных элементов  состава клетки (С, N, О, Н) для ее построения необходимы и другие элементы в очень незначительной массе. К ним относятся калий, кальций, магний, сера, железо, марганец . Содержание этих элементов в природных водах обычно бывает достаточным, чтобы полностью удовлетворить требования бактериального метаболизма. Азота и фосфора часто не хватает, их приходится добавлять искусственно, обычно в виде одно- и двух- замещенных фосфатов калия и хлорида аммония. Это в большей степени относится к производственным сточным водам и в меньшей - к городским, потому что в физиологических выделениях людей содержится много белкового азота и мочевина полностью гидролизуется до аммиака и оксида углерода. Считается, что в процессе очистки сточных вод бактериями, преимущественно используется аммонийный азот, но если его недостаточно, то его с успехом может заменить белковый азот.

Достаточность элементов  питания для бактерий в сточных  водах определяется соотношением БПК полн : N : Р (азот аммонийных солей и фосфор в виде растворенных фосфатов). В каждом конкретном случае это соотношение индивидуально, так как определяется составом продуцируемых клеток, который, в свою очередь, зависит от состава очищаемой воды. В отечественной практике, согласно рекомендациям СНиП, при обработке городских сточных вод используется соотношение БПКполн : N: Р= 100:5: 1.

Белковый азот в результате аммонификации разлогается до аммонийного, который и используется при очистке сточных вод в качестве источника азота. Под БПК здесь понимается наличие в воде источника углеродного питания клеток. Наиболее интенсивно азот используется в период логарифмической фазы роста клеток, а в период окисления клеток азот высвобождается вновь - в виде аммиака. Выделившийся аммонийный азот может окисляться до нитритов и нитратов либо повторно использоваться для нового цикла синтеза. Таким образом, для цикла превращений азота справедливы реакции

Денитрификация –  сложный процесс, многостадийный и может протекать по разным схемам, в зависимости от условий среды. Конечными продуктами распада могут быть либо молекулярный азот, либо аммиак, либо оксиды азота, но применительно к сточным водам денитрификация проходит до молекулярного азота.

Биологическую очистку  называют полной, если БПКполн очищенной воды составляет меньше 20 мг/л, и неполной при БПКполн больше 20 мг/л. Такое определение является условным, т.к. и при полной биологической очистке происходит лишь частичное освобождение воды от суммы находящихся в ней примесей.

В настоящее время выделено и изучено сотни ферментов. Каждый из которых ускоряет, как правило, один единственный тип химической реакции, независимо от того, какие конкретно вещества взаимодействуют. Особое отличительное свойство фермента – это строгая специфичность действия. Ферменты обладают исключительно высокой каталитической активностью, проявляемой в мягких условиях при нормальной температуре и давлении. Процесс ферментативного катализа благодаря уникальной структуре каждого фермента предстает как серия элементарных превращений вещества, строгим образом организованных в пространстве и времени. Механизм биокатализа отличают коперативность и жесткая запрограммированость этапов действия.

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В данном реферате были рассмотрены сооружения и аппараты биологической очистки бытовых и промышленных, близкие по составу сточных вод малых объектов. Из этого можно сделать вывод, что на выбор метода очистки бытовых сточных вод малых объектов оказывают влияние следующие показатели:

-усреднение концентрации загрязняющих веществ и органических (по БПК) веществ, содержание фосфатов и азота аммонийных солей в поступающем на очистку стоке;

-характер системы канализования (локальная или групповая);

-средний суточный расход сточных вод;

-степень неравномерности поступления стоков от малых объектов;

-режим работы очистной станции (круглогодичный или сезонный);

-усреднение концентрации загрязняющих веществ и органических (по БПК) веществ, содержание фосфатов и азота аммонийных солей в поступающем на очистку стоке.

При выборе типа очистных сооружений рекомендуется, в первую очередь, оценить возможность применения сооружений естественной биологической  очистки как наиболее дешевых. Кроме того, очистные сооружения должны обеспечивать полное обезвреживание и обеззараживание жидкой и твердой фракций стоков для дальнейшего их использования на приусадебных участках или сельхозугодьях.

 

 

Список литературы

1. Булатов М.А. Комплексная переработка многокомпонентных жидких систем. Теория и техника управления образованием осадков. М.: Мир, 2004. - 304 с., ил.

2. Булатов М.А., Бондарева  Т.И., Кутепов А.М. Химические производства  с замкнутым водооборотным циклом. Учебное пособие. М.: МИХМ - 1991. - 80 с.

3. Деменкова Т.П., Иванин  В.П., Исаков В.Г., Эль А.М. Курьяновская  станция аэрации. М.: ЗАО НВП  ИНСОФТ, 1998.

4. Кожинов В.Ф. Очистка  питьевой и технической воды. Примеры и расчеты. М.: Издательство  литературы по строительству, 1971.

5. Н.Н. Павлова, В.Г.  Иванов. Расчет сооружений для  очистки сточных вод. Методические  указания для курсового и дипломного  проектирования. Ленинград, 1978.