Аэробная и анаэробная биологическая очистка сточных вод

Способы и устройства

Биологическая очистка стоков делится на 2 основные разновидности:

1. Естественная. Не используется в качестве основной очистки, а служит скорее дополнительным процессом. В основе естественного преобразования стоков лежит принцип природного удаления или переработки вредных микроорганизмов растительной средой или почвой.
2. Искусственная. Данная разновидность очистки делится на 2 подвида:
   • Аэробная. В аэробных системах применяют бактерии, жизнедеятельность которых возможна только в кислородной среде.
   • Анаэробная. Способ очистки противоположный аэробному – в резервуары помещаются бактерии, для работы которых не требуется избыток кислорода.

При аэробной очистке используются бактерии вместе с небольшим количеством твёрдых неорганических веществ.

Данная смесь получила название «активный ил». Имеет не слишком плотную структуру и тёмно-коричневый цвет.

Последствиями аэробной очистки являются твёрдые вещества, а после анаэробного воздействия остаётся метан.

Важно! Метан, как и очищенные сточные воды, можно использовать в промышленных или сельскохозяйственных целях.

Рассмотрим более подробно каждый из методов биологической очистки сточных вод.

Биофильтры

В современных биофильтрах используется исключительно аэробная среда. В промышленных масштабах биофильтры представляют собой круглые бассейны больших диаметров. Помимо «активного ила» используется дренажный фильтр – слой шлака или гальки, толщиной от 2 до 5 см.

Последовательность очистки сточных вод в биофильтре:

1. Стоки подаются в бассейн под напором и проходят первичную степень очистки – слой дренажа. Крупные частицы загрязняющих веществ остаются в шлаке или гальке, более мелкие – отстаиваются в открытом резервуаре.
2. После прохождения первой степени очистки, в сточные воды добавляют бактерии – аэробы. Биофильтры имеют открытую конструкцию, поэтому начинается реакция поглощения аэробами загрязняющих веществ.
3. После окончания реакции, на поверхности стоков остаётся тонкая плёнка, которую смывают под напором воды. Остаётся только очищенная техническая жидкость.

Биопруды

Биопруды отличаются от биофильтров уникальностью бактериальной среды – в них может использоваться как анаэробная, так и аэробная среда.

После очистки остается природный ил, который можно использовать в качестве удобрения или кормовой базы.

Чаще всего используют пруды-смесители – конструкции, в которых могут одновременно протекать как анаэробные, так и аэробные процессы. При этом процессы не пересекаются и протекают параллельно.

Метатенки

Данные конструкции созданы исключительно для полной переработки осадка, который возникает после процесса жизнедеятельности анаэробных или аэробных бактерий.

В основе конструкции метантенков преобладают 2 формы:

• цилиндрическая.
• прямоугольная.

Принцип действия:

1. По трубопроводу в метантенк поступает осадок.
2. Запускается специальная система подогрева, ускоряющая процесс разложения элементов. Основным элементом системы служит радиатор, через который проходит пар или жидкость.
3. Жиры и белки, находящиеся в осадке, раскладываются на метан и углекислый газ, которые по другому трубопроводу поступают наружу.
4. Вещества, которые не поддаются полной переработке, высушивают и используют в качестве удобрений.

Фильтрационные или дренажные поля

В основе принципа действия данного сооружения – очистка стоков путём пропускания их через дренажный слой. Основное требование для установки дренажного поля – достаточный уровень грунтовых вод, не менее 1.5 м.

Интересно! Фильтрационные поля могут быть различной формы: от классического параллельного расположения траншей, до уникальной «змейки» или «ёлочки».

Все трубы очистной системы располагаются в одном большом котловане дренажного поля – это основное отличие данной конструкции от фильтрующих траншей.

Каждое дренажное поле имеет несколько очистных отсеков:

• В первом происходит грубое разделение стоков и твёрдых загрязняющих веществ.
• Во втором отсеке на частично очищенную жидкость воздействуют анаэробные бактерии.
• В последнем отсеке переработанный бактериями ил оседает на дно и со временем удаляется.

Аэротенки

Аэротенки по своей конструкции и принципу действия очень похожи на биопруды. В них также происходит смешивание бактериальной среды со стоками, но не природным путём, а под действием аэраторных систем, которые нагнетают большое количество кислорода в резервуары.

Аэротенки – это системы с высоким КПД. Для их непрерывной деятельности необходима постоянная работа аэраторной системы.

Среднее количество кислорода в системе не должно находится ниже отметки 0,5 мг/дм³, а показатель 0,2 мг/дм³ уже считается критическим.

Принципы биологической очистки

Процесс очищения сточных вод начинается сразу после того, как стоки по системе канализационного трубопровода попадают в очистное сооружение. Здесь благодаря используемому способу очистки концентрация загрязнений и органических примесей в стоках резко уменьшается. В зависимости от степени загрязнения стоков используются разные способы очистки или их комбинация. От этого зависит схема, по которой будет сооружаться станция биологической очистки сточных вод.

Для этого используются специальные микроорганизмы, которые в процессе жизнедеятельности разлагают сложные органические соединения на более простые элементы (углекислый газ, воду и минеральный осадок). Такая переработка позволяет снизить концентрацию органических загрязнителей до приемлемого уровня.

Биологические методы очистки сточных вод – это лишь часть системы очищения стоков. Принципы работы очистных сооружений выглядят так:

1. Поскольку в бытовых и промышленных стоках содержатся не только органические составляющие, которые могут переработать бактерии, но и неорганические элементы, не поддающиеся переработке, их необходимо удалить на первом этапе. Для этого используются механические способы очистки – отстаивание. В процессе отстаивания более тяжёлые и плотные составляющие стоков оседают на дно под действием сил притяжения. Более лёгкие жиры всплывают на поверхность.
2. После этого предварительно очищенные от тяжёлых неорганических загрязнителей стоки подвергаются биологической очистке. В процессе этого воды очистятся от сложных органических соединений, которые в большом количестве присутствуют в них. Биологические способы очистки подразумевают применение специальных бактерий, содержащихся в почве и воде, для разложения (окисления) органики. Для этих целей используют особые аэробные и анаэробные микроорганизмы. В процессе своей жизнедеятельности бактерии очищают стоки настолько, что их можно сбрасывать в грунт.
3. Для бытовых сточных вод вполне хватит описанного способа. А в процессе очищения промышленных стоков используют дополнительные способы, которые позволяют удалять специфические загрязнения. Сюда можно отнести процесс фильтрования, электродиализа, адсорбции, обратного осмоса и т.п.

Две группы бактерий, которые используют для биологической очистки, несколько отличаются друг от друга. Так, микроорганизмы, которые относятся к группе аэробов, могут жить только в условиях с доступом кислорода. Поэтому в очистных сооружениях с их применением обязательно используются средства для насыщения среды кислородом – компрессоры и аэраторы

А микроорганизмы, которые относятся к группе анаэробов, не нуждаются в кислороде, но для них  важно наличие углекислого газа и нитратов

Декларация о составе сточных вод

Подавать декларацию о свойствах и составе сточных вод требуется в Водоканал города до 1 июля. Регламентируется данное правило:

• ФЗ №416 – «О водоснабжении и водоотведении»;
• ФЗ №644 – «Правила холодного водоснабжения и водоотведения».

Декларация о свойствах и составе сточных вод введена для выявления физических качеств стоковых вод. Важна для характеристики степени отрицательного влияния на водные объекты (природные ресурсы и центральную систему водоотведения). С помощью лицензированной лаборатории руководители организаций определяют фактические (реальные) концентрации загрязняющих веществ и показатели свойств в спускаемой воде. Для анализа берут 3 образца с каждого канализационного спуска за последние 5 лет.

Заполнять форму декларации о составе и свойствах сточных вод требуется следующим абонентам (на основании п. 124 части VIII ППРФ № 644):

• лица, осуществляющие производство, переработку товаров;
• лица, самостоятельно спускающие воду в систему централизованного водоотведения;
• при превышении объема более 30 м3 по всем точкам спуска.

Декларация становится неактуальной в ситуациях, прописанных в п.п.38,39 ППРФ от 29.07.2013г. №645, что требует повторной подачи:

• установление новых нормативов разрешенного сброса;
• введение дополнительных технологий, приведших к изменению состава и природных свойств воды;
• выявление сверхнормативного выведения загрязняющих веществ.

Узнайте еще много нового:

Классификация сточных вод: хозяйственно-бытовые, промышленные, атмосферные

Методы анализа сточных вод: химический, микробиологический, токсикологический

Бытовые сточные воды: как образуются, состав, очистка

Классификация и методы очистки сточных вод

Производственные сточные воды: ПДК, состав и способы утилизации

Сброс сточных вод: залповый, на рельеф, в канализацию

Очистка сточных вод предприятий: методы и оценка эффективности

Виды химических загрязнителей природных вод и мирового океана

Аэробная и анаэробная биологическая очистка сточных вод

Морфологический и компонентный состав отходов

Методы обеззараживания и очистки сточных вод

ХПК и БПК сточных вод: определение, чем отличаются и как снизить?

Очистные сооружения биологического типа. Состав очистных сооружений, список оборудования и этапов.

Очистка сточных вод и обработка осадка предусмотрены в станции пол-ной биологической очистки, предполагающая процессы нитрификации и денит-рификации, а также биологическое удаление фосфора.

Таблица «Перечень и назначение технологического оборудования очист-ных сооружений»

На мировом уровне

Создание «Биосферы» вполне укладывается в курс на импортозамещение — проект разработали отечественные инженеры, а более 50% оборудования комплекса — отечественного производства. Работая в нормальном режиме, комплекс может пропустить через себя 1,4 тыс. кубометров сточных вод в час (а в форсированном режиме — до 2 тыс. кубометров). Вода в «Биосфере» проходит многоступенчатую очистку: сначала механическую и физико-химическую, затем биологическую, а в конце ее прогоняют через угольные фильтры и систему удаления солей по технологии обратного осмоса (). «Очистка с применением мембранного биореактора стоит дороже других вариантов, но только эта технология перспективна для бытовых и производственных сточных вод, особенно в городских условиях, поскольку позволяет существенно повысить производительность очистных сооружений, — считает доцент кафедры биотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева Александр Кузнецов. — В России есть лишь единичные примеры использования этой технологии, а применительно к нефтеперерабатывающей отрасли технология вообще уникальна и не имеет аналогов в российской практике».

Эффективность «Биосферы» соответствует лучшим мировым показателям и превосходит российские нормативные требования. После нее сточные воды НПЗ очищены на 99,9%. Это очень высокий показатель даже для современных европейских нефтеперерабатывающих заводов. Причем 75% воды после биологической очистки возвращается в производство. Замкнутый цикл уже позволил предприятию в 2,5 раза сократить забор воды из Москвы-реки.

Остальные стоки по трубам поступают в сети «Мосводоканала». В соответствии с законом чистоту этой воды контролируют по 32 параметрам. И анализы показывают, что вода МНПЗ после «Биосферы» даже чище речной — ее спокойно можно использовать в сельском хозяйстве и производстве.

Александр Хлопонин,заместитель председателя правительства РФ:

Путь воды

В «Биосферу» вода попадает после очистки на закрытых механических очистных сооружениях МНПЗ. На первом этапе вода подается в блок напорной флотации, где мощный поток воздуха «выбивает» из нее все механические примеси и нефтепродукты.

Затем поток попадает в ключевой элемент установки — мембранный биореактор. Там из стоков удаляют остатки нефтепродуктов, биогенные элементы и другие загрязнители — по сути все, кроме растворимых солей. Делают это с помощью микроорганизмов (так называемого активного ила). Этих простейших специально для «Биосферы» вырастили на Люберецких очистных сооружениях «Мосводоканала». Микроорганизмы питаются органикой, перерабатывая ее до углекислого газа и воды.

Интенсивность и глубина процесса биологической очистки зависят не только от внешних условий (температуры, присутствия кислорода и др.), но и от качественного состава активного ила, от разнообразия в нем микроорганизмов, а также их способности адаптироваться к конкретному составу загрязняющих веществ сточной жидкости.

Мембранный биореактор вмещает 33 тыс. тонн воды (это почти полтора столичных Патриарших пруда). А микроорганизмы занимают 5% от этого объема. За пределы реактора они не попадают. Этому препятствуют специальные мембранные фильтры (в системе фильтрации почти 3 тыс. мембран, диаметр пор в которых меньше человеческого волоса). Сделав свою работу, микроорганизмы оседают на этих фильтрах и возвращаются в биореактор.

Примечательно, что после биореактора чище становится не только вода, но и воздух. Все отходящие газы очищают по специальной плазменно-каталитической технологии: сначала пропускают через фильтры, а потом обеззараживают ультрафиолетом. Это гарантирует полное удаление запахов и загрязняющих веществ.

После мембранного биореактора вода попадает в блок угольных фильтров, где ее под напором прогоняют сквозь 200 тонн активированного угля. В блоке 18 отдельных угольных элементов высотой по 5 метров каждый. Это уникальное оборудование разработали и изготовили на одном из предприятий Петербурга.

На финальном этапе очищения воду пропускают через 6 секций обратного осмоса, каждая из которых содержит 240 спиральных мембран-фильтров. Размер ячеек в этих мембранах равен молекуле воды. Поэтому они задерживают все оставшиеся загрязнения. И на выходе из «Биосферы» мы получаем просто чистую воду — без примесей, осадков и солей.

Принцип работы

Принцип работы станций очистки стоков основан на разложении загрязнителей с помощью микроорганизмов, которые активны при наличии в жидкости кислорода.

Наиболее совершенными системами являются станции глубокой биологической очистки. Стоки, прошедшие через ГБО, пригодны для повторного использования, сброса в грунт или водоём. Не требуют дополнительных устройств для доочистки.

Сама система состоит из модулей (камер), в которых происходит поэтапная нейтрализация загрязняющих веществ. Также есть насосы, выполняющие функцию перемещения стоков из одной камеры в другую и компрессор, обогащающий жидкость кислородом.

Основные этапы ГБО происходят следующим образом:

1. По канализационным сетям стоки попадают в первую камеру. Он работает по принципу отстойника – вещества с более высокой плотностью выпадают в осадок, с более низкой – образуют плёнку на поверхности воды.
2. С помощью насосов жидкость перемещается в очередной отсек. Здесь находятся бактерии, жизнедеятельность которых поддерживает компрессор. Микроорганизмы (активный ил) разлагают загрязняющие вещества.
3. В следующей камере ил отделяется от жидкости, а затем поступает в сборный отсек – илонакопитель. Чистая вода откачивается в дренажный колодец.

Это лишь базовые этапы очистки стоков. В зависимости от модели в станциях могут быть присутствовать такие звенья, как:

• песколовка — кроме отстаивания, здесь взвешенные вещества удаляются за счёт центробежных сил;
• обезвоживатель — уменьшает количество воды в накопленных загрязняющих веществах;
• механическая решётка — собирает крупный мусор на начальном этапе очистки;
• УФ-обеззараживатель — уничтожает микроорганизмы с помощью ультрафиолетового излучения;
• сорбционные фильтры — доочистка: устраняет излишки хлора и специфические загрязнители.

Работа СБО на примере системы серии БИО-Б-П

Данная система рассчитана на очистку стоков при постоянном проживании не более 345 человек. За 1 с через систему проходит 100 м3 стоков. Эффективность очистки в зависимости от вида загрязнителей 97–99,3%.

Базовая комплектация БИО-Б-П состоит из:

• КНС (канализационно-насосной системы);
• песколовки;
• УФ-обеззараживателя;
• илонакопителя;
• системы биологической очистки;
• компрессора;
• обезвоживателя.

Процесс следующий:

1. По входящим патрубкам жидкость попадает в отсек, где задерживается крупный мусор.
2. Вода собирается в ёмкость, где  в дальнейшем она подаётся на очистку порционно (работает КНС).
3. Стоки попадают в песколовку, а после в блок биологической очистки.
4. Лишний ил с загрязнителями  переходит в сборный блок — илонакопитель, а затем в обезвоживатель.
5. Вода после биологической очистки переходит в отсек УФ-обеззараживания.
6. По выходному патрубку очищенные стоки удаляются из системы в место назначения (колодец, водоём и т.д.).

Особенности доочистки

Полностью очищенная сточная вода используется для полива сельхозкультур либо сбрасывается дальше в рыбхозводоёмы, ближайшую реку. Если бытовая химия, изначально поступающая в сток предприятия или домохозяйств, не была полностью удалена, недоочищенная вода опасна, сбрасывать её в реки запрещено. Для этого и нужна доочистка сточных вод. Она заключается в нескольких действиях:

• уменьшается содержание взвесей;
• удаляются остатки моющих веществ (поверхностно-активных реагентов), снижается до предельно допустимого значения содержание азотных и фосфорсодержащих включений;
• вода проходит аэрацию и ультрафиолетовое обеззараживание.

Биоочистка сточных вод – наиболее выгодное решение по сравнению с другими способами очистки. Она не требует редких компонентов и материалов. Желающие могут соорудить такую станцию самостоятельно, используя очищающие материалы, имеющиеся в свободной продаже.

Биологические и биохимические способы очистки сточных вод

Чтобы избавиться от загрязнений органического происхождения, прибегают к биохимическим способам. Их сущность заключается в применении специальных микроорганизмов, которые способны расщеплять органические соединения на простые компоненты:

• воду;
• углекислый газ;
• минеральный осадок.

Такие бактерии находятся в воде регулярно, однако их концентрация невысока, поэтому естественное очищение происходит не быстро.

При биохимической очистке прибегают к воздействию аэробных или анаэробных микроорганизмов.

Ниже приведена их сравнительная характеристика.

Очистка может осуществляться в естественных или искусственно созданных условиях. Ниже рассмотрены основные способы.

Биологические пруды

Биологические пруды – искусственно созданные резервуары малой глубины.  Они предназначены для очистки и доочистки сточных вод в совокупности сооружениями.

Технологическая схема процесса следующая:

• Микроорганизмы применяют для окисления загрязнений кислород, который образуется в результате фотосинтеза.
• Поскольку водоросли потребляют двуокись углерода и аммонийный азот, который выделяется в результате разложении органических веществ, требуется придерживаться оптимальных условий – температуры и рН.
• Пруды обустраивают в несколько ступеней, общая продолжительность пребывания в них составляет несколько дней.

Высокая результативность достигается летом. Различают несколько видов прудов:

Конструкции с аэробным разложением

Сооружения по локализации в них биомассы подразделяются на две основные группы:

1. Аэротенки (биомасса локализируется во взвешенном состоянии). Они представляют собой железобетонные конструкции прямоугольной формы, разделенные перегородками.
2. Биофильтры (биомасса фиксируется на неподвижном материале, который сточная вода обтекает тонким слоем). Это резервуары, заполненные крупнозернистым материалом, бывают с одной или двумя ступенями очистки.

Конструкции с анаэробным разложением

Анаэробное разложение происходит с выделением метана, воды и углекислого газа.

Наиболее распространены следующие типы очистных сооружений:

1. Септики. Сооружения могут быть с одной, двумя или тремя камерами, они используются для обслуживания небольших объектов. Подходят только для предварительной очистки стоков, после чего требуется доочистка.
2. Отстойники. В отличие от септиков, разложение органических примесей протекает эффективно и быстро.
3. Метантенки. Они представляют собой закрытые резервуары, где процесс минерализации органического вещества выполняется при искусственном подогреве.

Основные биохимические процессы в анаэробных и аэробных условиях

Типы и принцип работы ЛОС

Локальные очистные сооружения хозяйственно-бытовых сточных вод способствуют переработке отходов в относительно безопасную жидкую субстанцию, которую можно использовать для технических нужд или сливать в почву.

ЛОС, которые используют для биоочистки:

• Септики – герметичные камеры, в которые сбрасываются канализационные стоки. Там обитают анаэробные микроорганизмы, перерабатывающие осадок и способствующие очистке воды. Жидкости после септика требуется дополнительное очищение, к примеру, в фильтрационном колодце, перед ее сбросом в водоем либо почву.
• Септические устройства с биологическими фильтрами. Принцип действия биофильтра заключается в просачивании воды через толщу крупнозернистого материала (щебня либо песка), который покрыт пленкой из особых бактерий. По такой схеме работают фильтрационные поля и колодезные установки. При прохождении стоков сквозь биологический фильтр благодаря микроорганизмам происходит активизация процессов окисления и разложения органических составляющих.
• Биопруды – искусственные водные объекты глубиной, не превышающей метр. В них загрязненная жидкость после прохождения механической чистки перерабатывается благодаря действию бактерий. Для ускорения деятельности микроорганизмов необходим прогрев водоемов солнечными лучами: среднерусской зимой эти пруды обладают малой производительностью и почти не применяются. Усиление деятельности бактерий-аэробов также производится посредством принудительной аэрации.
• Аэротенки – герметично выполненные установки, в которых применяется принудительная аэрация. Чтобы перерабатывать жидкость быстрее и эффективнее, используют активный ил, содержащий в своем составе нужные микроорганизмы.
• Станции глубокой очистки. Сооружения используются при комплексном осветлении сточных вод с максимальным эффектом. После прохождения через них жидкость становится очищенной до 98%. Вода прогоняется через несколько различных фильтров и очистных приспособлений.

Для осветления стоков на предприятиях и в жилых комплексах все чаще применяют мембранный биореактор. В нем совмещены биообработка активным илом и механическая мембранная фильтрация. Мембранный модуль применяется для отделения иловой массы и является альтернативой осаждению этого вещества в классических установках биологической очистки.

Достоинства биореакторов:

• компактные габариты при большой продуктивности;
• использование при обновлении оборудования старых комплексов очистки;
• возможность работы при значительном скоплении активного ила.

Есть два вида биологических реакторов: с внутренним и наружным размещением мембраны. Во втором варианте фильтр изолирован от технологических камер, и необходима установка промежуточного перекачивающего насосного оборудования.

Разница между очищением и обеззараживанием

При очистке удаляются механические и химические примеси.

Важно. Цель обеззараживания – удалить живые микроорганизмы, которые причиняют человеку вред.. К вредным микроорганизмам относятся патогенные и условно-патогенные бактерии, их споры, вирусы, грибки, гельминты и их яйца

К вредным микроорганизмам относятся патогенные и условно-патогенные бактерии, их споры, вирусы, грибки, гельминты и их яйца.

Методы обеззараживания:

1. Химические: обработка воды озоном, диоксидом хлора, гипохлоритом натрия, полимерными антисептиками. Эти вещества убивают патогенов или делают их неспособными к размножению;
2. Физические: обработка воды ультрафиолетовыми лучами, ультразвуком;
3. Комплексные: комбинирование химических и физических методов.

Септик

Еще один вариант организации сбора стоков — обустройство септика. Это герметичная емкость, которая делится на несколько отсеков. Первый представляет собой отстойник глубокого осадка, куда поступают сточные воды. Здесь происходит начальная очистка жидкостей. Второй предназначен для разложения химсоединений, образованных моющими средствами и другими продуктами, органики. В третьем бытовые канализационные стоки очищаются до 65%, а затем происходит окончательное очищение почвой.

С одной стороны к ней подходит трубопровод канализации, с другой — труба, через которую отводятся осветленные стоки. Объем сборника зависит от расхода сточных вод.

Септик тоже нужно очищать и откачивать из него ил, жировые отложения, образовавшиеся на стенках резервуаров. Если этого не делать, количество осадка и толщина плавающей корки со временем возрастает. От этого объем емкости сокращается, стоки очищаются не 2,5-3 суток, а меньше. Соответственно в почву попадают загрязненные воды.

Проверка состояния септика

Чтобы проверить степень загрязнения емкости, в нее опускают палку и определяют границу осадка. Ее сравнивают с нормативной (показатель не должен быть более трети рабочей глубины). Если эта разница меньше 10 см, резервуар нужно очищать.

Используемый транспорт

По правилам вывоза жидких бытовых отходов, для очистки выгребной ямы и септика владельцы участков заключают договора с компаниями, которые предоставляют услуги по ассенизации.

Для вывоза бытовых отходов предназначены ассенизаторские машины, создающие вакуум. По всасывающему рукаву, опущенному в яму, ЖБО поступают в цистерну.

Другой вид транспорта — это илососы. Они имеют ряд преимуществ перед вакуум-машинами. Такие установки очищают резервуары от твердого осадка за счет того, что создают мощный напор воды и размывают отложения.

Похожие записи:

Выбираем сварочный аппарат для дачи: недорогой, но производительный Баня с электрокаменкой: строительство, отзывы, особенности Кто построил московский кремль Как правильно выбрать и установить фильтр аквафор морион Как сделать вибростол для тротуарной плитки своими руками Меловые маркеры: чем отличаются, как пользоваться и для чего нужны