Анаэробная обработка концентрированных стоков

Санитарная обработка продуктов жизнедеятельности человека является наиболее актуальной задачей, чему способствует рост населения в мире и количество потребляемых продуктов. Если в городских условиях это проблема решается устройством очистных сооружений, то в частном доме неизбежно возведение собственных систем по обработке отходов, где огромную роль в их переработке играют бактерии для канализации, септиков и выгребных ям.

Бактерии в очистных сооружениях

В обоих способах переработки стоков применяются бактерии. Но в станциях бактерии – аэробные, а в септиках используются анаэробные бактерии.

Аэробные бактерии должны находиться в среде, насыщенной кислородом, иначе они погибнут. Анаэробным бактериям кислород для жизнедеятельности не нужен. Но кислород, помимо обеспечения жизненных условий для микроорганизмов, ускоряет процесс разложения органики в стоках. К тому же, аэробные бактерии за счет потребления кислорода перерабатывают отходы быстрее и эффективнее. Вот почему в станциях сточные воды очищаются на 97 %, когда как в септиках этот показатель достигает лишь 70%.

Принцип работы установки для доочистки сточных вод

Разрушение остаточных загрязнений путем ультрафиолетового излучения — основный способ доочистки сточных вод. Внутри установки для доочистки находятся герметичные кварцевые кожухи с ультрафиолетовыми лампами, которые и являются основным элементом в процессе обеззараживания. Процесс обеззараживания обусловлен протеканием фотохимеческих реакций, результатом которых является повреждение ДНК органических загрязнений, воздействие на структуру клеток и, как следствие, уничтожение органической составляющей стоков.

Очистка воды ультрафиолетом с длиной волны 253.7 нм параллельно с применением ультразвука плотностью 2 Вт/см2 позволяет достичь 100% результата в уничтожении органических составляющих стоков. Патогенная среда сточных вод уже почти полностью подавлена прохождением через станцию биологической очистки, но самые ликвидация самых выносливых бактерий требует исключительно воздействия ультрафиолета.

Установка доочистки «Лазурь-М» имеет низкие энергозатраты (от 7 Вт на 1 м3) и срок службы до 10 000 часов бесперебойной работы. При этом она практически бесшумна, не выделяет значительного количества тепла и абсолютно безопасна в использовании. Она имеет несколько различных комплектаций, используемых в зависимости от производительности систем очистки сточных вод, к которой подключается.

Показатели воды на выходе (Лазурь М-3) Питьевая вода / стоки
Взвешенные вещества не более 1 / 10 мг/л
Коэффициент пропускания ультрафиолетового излучения на длине волны 237 нм не менее 85 / 60 %
Цветность не более 20 / 50 град
Мутность, МТУ не более 1..2 / 3
Содержание железа не более 0.3 мг/л
Температура обрабатываемой воды и окружающего воздуха +4..+30°С
Число бактерий в 1 л не более 1000 /
Колифаги не более 100 / БОЕ/л

Важным преимуществом ультрафиолетовой доочистки является неизменность химического состава сточной воды. Отсутствие химических реагентов при ультрафиолетовом обеззараживании гарантирует прохождение всех норм СанПин и безопасность для окружающей среды.

Применение ультрафиолетовой доочистки сточных вод

Область применения установок УФ-доочистки сточных вод достаточно обширна: подобные меры по доочистке применяются в медицинских учреждениях, таких как госпитали, больницы, поликлиники, в фармацевтической и химической промышленности, а также в других отраслях. Для того, чтобы септик корректно функционировал, внедряют данную технологию, которая позволяет снизить риск попадания загрязнений. Потенциал технологии УФ-обеззараживания настолько велик, а преимущества настолько очевидны, что в ближайшем будущем все стоки, поступающие в природоохранные зоны будут проходить доочистку этим методом.

Интенсивная анаэробная очистка сточных вод.

Постоянный рост цен на чистую воду и на очистку сточных вод привел промышленные предприятия к необходимости экономии чистой воды и дал толчок развитию предочистки стоков перед сбросом в централизованную канализационную систему или полной очистки перед сбросом в водоем. Благодаря развитию систем интенсивной анаэробной очистки стоков, так называемых анаэробных реакторов нового поколения, широкое распространение находит первичная анаэробная очистка концентрированных сточных вод. Применяется чередование аэробных и анаэробных ступеней очистки.

Читайте также:  Цефтриаксон уколы — инструкция, аналоги и отзывы

Первичная анаэробная обработка оказалась чрезвычайно подходящей и экономичной для современных концентрированных сточных вод различных отраслей промышленности. Более того, для стоков, ХПК которых превышает 2000 мг/л, анаэробная обработка является единственно приемлемым методом очистки, позволяющим удалить до 90 % загрязнений. Последующая аэробная очистка нужна для окисления остатка органических веществ, аммония и сульфида. Так как анаэробное микробное сообщество развивается очень медленно, необходимо максимальное удержание активной биомассы в реакторе. Этому способствует использование реакторов нового поколения с прикрепленной микробной биомассой — анаэробных биофильтров и взвешенного слоя активного ила (рис. 4.3). Реакторы с фиксированной жесткой загрузкой представляют собой анаэробную модификацию биофильтра (рис. 4.3, Л). Очищаемая вода может подаваться как сверху, так и снизу. Недостатком анаэробного биофильтра считается относительно быстрое забивание пористого материала. Этот недостаток преодолевается в системах взвешенного слоя ила (рис. 4.3, Б). Наиболее эффективна система, представленная реактором восходящего потока с взвешенным слоем ила (upflow anaerobic sludge blanket reactor, UASB), разработанная в Нидерландах (рис. 4.3, В).

Эти реакторы имеют достаточно простую конструкцию и относительно просты в эксплуатации. Инертный носитель в них не используется. Очищаемая вода подается в нижнюю часть реактора, и ее восходящий поток медленно проходит через толстый

Рис. 4.3. Типы современных реакторов для интенсивной аэробной и анаэробной очистки сточных вод

(обычно 2—4 м) слой активного ила, более плотного внизу и взвешенного в верхней части. Метаногенный ил представлен плотными агрегатами до 2 — 3 мм в диаметре, так называемыми гранулами, которые спонтанно формируются из микробных клеток. Вместе с пузырьками образуемого ими метана микробные гранулы поднимаются в верхнюю часть реактора, пузырьки газа отрываются и гранулы ила опускаются вниз. В верхней части реактора установлены отбойники для сбора газа и предотвращения выноса микробных гранул. Критическим для этой системы является начальное образование легко осаждающихся микробных гранул, поскольку от этого зависит эффективность функционирования реактора.

Важными факторами образования гранул являются морфология и физиология микроорганизмов метаногенного сообщества и гидродинамический режим реактора. Основу структуры метаногенных гранул составляют археи родов Methanosarcina и Methanosaeta {Methanothrix). Метаносарцины образуют макроколонии и имеют гликокаликс, в который погружены клетки и колонии других бактерий, входящих в сообщество. Однако агрегаты с преобладанием метаносарцин мелкие, рыхлые и образуются, как правило, на сильно концентрированных стоках. Настоящие плотные гранулы формируются на основе Methanosaeta (Methanothrix). Ее нити образуют клубковые структуры, а в промежутках обитают остальные члены сообщества, для которых тесное пространственное расположение выгодно для транспорта промежуточных продуктов. Образование метаногенных гранул является феноменом естественной самоорганизации микробного сообщества в искусственной среде обитания. Сформированный гранулированный ил используется в качестве посевного материала для пуска новых реакторов.

Дальнейшим развитием UASB-системы являются башенные реакторы с расширенным взвешенным слоем ила (expanded granular sludge bed, EGSB), где толщина слоя ила благодаря рециклу воды и более высокой скорости ее подачи достигает 10м.

Новые анаэробные методы и реакторы разработаны недавно для обработки специфических стоков с высоким содержанием аммония или сульфата. Основу процесса «анаммокс» (anammox — anaerobic ammonia oxidation) составляет анаэробное окисление аммония нитритом с образованием молекулярного азота в качестве конечного продукта. Процесс сульфатредукции используется для осаждения тяжелых металлов.

Читайте также:  Положительный цитомегаловирус igg: что это значит

Перспективные методы биологической очистки сточных вод

Часть 1 из 4 15 января 2013 г

Сточные воды, загрязненные в результате деятельности человека, необходимо подвергать очистке перед выпуском в природные водоемы. Биотехнологические методы очистки доказали свою экологическую и экономическую эффективность для очистки сточных вод различного типа и разной степени загрязнения.

Несмотря на обилие хорошо освоенных методов физической и физико-химической очистки загрязненной воды, методы биологической очистки являются динамично развивающейся отраслью прикладной экологии и в перспективе способны решить актуальные задачи водоотведения.

Биологические процессы, протекающие в живых организмах, сопровождаются превращением химических соединений и выделением энергии.

Совет

Определенные виды микроорганизмов реализуют не только всем известный цикл биогенной трансформации азота, но и циклы превращения других биогенных элементов — серы, марганца, хрома, железа и большинства элементов, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях.

Важно и то, что процессы с участием живых организмов предполагают несколько альтернативных возможностей для биотрансформации элементов, поэтому для промышленной реализации почти всегда можно выбрать наиболее удобный путь.

Биологические реакции нитрификации и денитрификации в процессах водоочистки — давно признанные и активно используемые человеком процессы. В конце ХХ века был открыт еще один важный биологический процесс, получивший название анаммокс-реакции или аноксидного окисления аммония.

Сущность анаммокс-процесса заключается в микробиологическом окислении аммония в анаэробных условиях. В результате реакции выделяется атмосферный азот:

NH₄⁺ + 1½O₂ → NO₂⁻ + 2H⁺ +H₂O

По сравнению с реакцией денитрификации, анаммокс-реакция не требует поддержания аэробных условий и не требует присутствия веществ -доноров электронов (органики).

Реализация этой реакции на практике позволит сократить стадию денитрификации и сократить этап нитрификации.

Анаммокс-процесс перспективно использовать для очистки стоков, сильно загрязненных аммонийными ионами, но с низким содержанием органических веществ.

В прикладной экологии биологические технологии используют свойства микроорганизмов и некоторых бактерий накапливать на своей поверхности или внутри клетки важные для жизнедеятельности химические соединения. Примером внутриклеточной аккумуляции может служить реакция биологического связывания фосфора.

Перспективные методы биологической очистки сточных вод

Обратите внимание

Фосфат-аккумулирующие бактерии являются гетеротрофами, поэтому за счет хемосинтеза приобретают конкурентное преимущество перед другими видами микроорганизмов. Они потребляют из загрязненной воды фосфат-ионы и, при поглощении энергии окисления органического субстрата, накапливают полифосфаты внутри клетки.

При недостатке субстрата-окислителя микроорганизмы способны расходовать полифосфаты в качестве питательного субстрата. Такая способность позволяет микроорганизмам потреблять любой доступный субстрат и выживать даже в условиях недостатка элементов-окислителей.

Способность микроорганизмов к биологической аккумуляции фосфора служит основой для биотехнологии очистки воды.

Биологический ил (субстрат для бактерий) подготавливается таким образом, чтобы создать условия для преимущественного размножения определенного вида бактерий.

Оптимальная скорость роста этих бактерий обуславливается сочетанием факторов кинетической селекции — температуры, возраста ила и т.п.

Способность микроорганизмов закрепляться на поверхностях твердых тел используется для повышения интенсивности биологических процессов. На этом основан принцип действия биофильтров.

Прикрепленные к твердой поверхности бактерии получают больше возможностей для поглощения субстрата за счет того, что поток воды постоянно омывает их тела.

Плавающие в потоке воды бактерии находятся в худших по сравнению с ними условиях.

Недостатки конструкций имеющихся типов биофильтров:

  • трудности с удалением избыточной биопленки;
  • заиливание биофильтра, развитие гнилостных процессов и, как следствие, ухудшение массообмена;
  • возможность вторичного загрязнения воды.

Биофильтры с плавающей загрузки способны устранить указанные недостатки при сохранении принципа иммобилизации микроорганизмов на твердом носителе.

Современные виды пластиков способны стать подходящими видами загрузки, обеспечить необходимый режим биологической очистки и предотвратить механическое отслаивание биопленки.

Химический метод

Если добавляют реагенты, то процесс очищения называют химическим методом очистки сточных вод. В основе лежат две химические реакции: окисление и восстановление, а также нейтрализация.

Окисление – химическая реакция, очищающая стоки

При помощи этого способа обезвреживаются такие элементы, как медь, цинк цианиды, сульфиды, сероводород. Существуют разные виды окислителей – хлор, озон, фтор, перекись водорода, перманент калийный и другие реагенты. Для того, чтобы проводить очистку способом окисления, должны быть в наличии различные химикаты и специальный склад для их хранения, что обуславливает значительные затраты. Озон – окислитель самый эффективный, но и самый дорогой. Он очищает сточную воду от запаха и привкуса, уничтожает бактерии, обесцвечивает воду. Поэтому часто используют для этих целей – хлор, доступный и распространенный химикат очищения водных ресурсов.

Читайте также:  Синегнойная палочка на ногтях симптомы и лечение

Контактный аппарат для озонирования воды

Восстановление – с использованием химических реакций. Способ обработки водных акваторий. Химическая реакция используется когда сточная вода имеет в своем составе: ртуть, мышьяк, хром. Восстановление производят до состояния частиц, которые удаляются путем отстаивания или фильтрацией. Восстановителями служат такие реагенты, как активированный уголь, сульфат железа, сероводород, гидросульфида натрия, диоксид серы. Подбор идет с учетом наличия тех или иных вредоносных частиц в сточных водах.

Схема установки восстановления хрома непрерывного действия

1 – усреднитель; 2 – смеситель; 3 – емкость для нейтрализации и отстаивания

Нейтрализация

Данный способ используется для смешивания щелочи и кислот, которые поступают от различных предприятий разными потоками. Очищая рационально смешивать эти потоки для взаимного воздействия друг с другом химических элементов. Непрерывно поступают и выводятся потоки нейтрализованной воды. Есть еще вариант нейтрализации, при которой происходит накопление потоков кислых и щелочных и выводятся они периодически. Такой способ очистки требует наличие дополнительных резервуаров при механическом перемешивании или барботирования. Но этого не всегда достаточно для полного очищения загрязнений, потому нейтрализация кислотности проводится с помощью следующих регентов:

  • Известь негашеная – элемент CaО;
  • Известь гашеная — элемент Ca(OH)2;
  • Каустическая сода –элемент NAOH;
  • Водный раствор аммиака – элемент NH4OH;
  • Кальцинированная сода – элемент NA2CO3;
  • Поташ – элемент K2CO3;

Известь гашеная и негашеная являются наиболее доступным и распространенным материалом для очистных комплексов.

Схема установки нейтрализации сточных вод

1 — коллектор; 2 — ручная решетка; 3 — мешалка; 4 — дозатор; 5 — центральная труба для подачи раствора; 6 – нейтрализатор; 7, 10, 12 — промежуточные отстойники; 8 — сеть труб для подачи сточных вод; 9 — поверхностное биоплато; 11 — биопруд; 13 — резервуар для очищенных вод; 14 — насосная станция; 15 — труба для подачи очищенных вод

Причины гибели бактерий

Как и всякие живые объекты, бактерии для очистки выгребной ямы или септика склонны к гибели. Причины такого явления могут быть различными:

  • Естественные – связанные с превышением интервала температур жизнедеятельности. Как уже было сказано выше, предельная температура составляет 30 градусов. При ее превышении бактерии гибнут. Если температура ниже 3-х градусов, их жизнедеятельность замедляется, и они впадают в состояние сна.
  • Второй причиной гибели бактерий является «голод». При длительном отсутствии питательной среды их существование прекращается.
  • Группой факторов, влияющих на срок жизни бактерий, является присутствие в составе стоков отравляющих веществ, каковыми являются:
    • вещества, содержащие хлор;
    • марганцовокислый калий;
    • большинство средств бытовой химии;
    • некоторые лекарственные средства;
    • противобактериальные средства.

Невозможно гарантировать, что перечисленные вещества все же не попадут в канализационные стоки, поэтому бактериальную колонию в септиках следует время от времени пополнять свежими особями.

Смотреть видео [sociallocker]

Важны также условия содержания бактерий. Известно, что анаэробные представители могут жить только в водной среде. Если над массой стоков нет слоя воды, её нужно долить, чтобы она была покрыта на 2-3 сантиметра.