Очистка бытовых сточных вод

 

• Септики

Септик - сооружение, предназначенное  для сбора и очистки хозяйственно-бытовых  сточных вод от индивидуальных жилых домов, объектов малоэтажной застройки, коттеджей при отсутствии центральной системы канализации. В работе септика заложен принцип гравитационного отстаивания и биологической доочистки с использованием биоферментных препаратов, а также почвенных естественных и принудительных методов доочистки.

Первая секция (зона А) септика напрямую соединяется с подводящей канализационной линией с одной стороны, а с другой - через систему блокиратора со второй секцией (зона В). Далее через блокиратор (гидрозатвор) с третьей секцией (зона С). Зона А выполняет роль первичного септического отстойника грубого осадка. В этой камере естественным образом осуществляется первостепенная, грубая очистка попадающих в септик бытовых стоков от взвешенных мелких и крупных частиц. На дне камеры оседает песок, мелкие картофельные очистки и т. д. (всё, что может пройти через раковину на кухне или в санузле). Вторая секция очистного сооружения (зона В), метантанк, выполняет роль анаэробного реактора. Здесь происходит разложение химических соединений, образовавшихся в результате использования различных моющих средств, средств личной гигиены и разложение органических соединений естественного происхождения.

Третья часть очистного сооружений (зона С) выполняет роль конечного осветлителя бытовых канализационных стоков. Путём окончательного гравитационного отстаивания взвешенных частиц, осветлённые стоки достигают степени очистки до 65% от первоначального уровня загрязнения.

После прохождения септической  части очистного сооружения сточные воды направляются на почвенную доочистку. В тех случаях, когда почвенная доочистка не может быть выполнена: уровень грунтовых вод слишком высок (≤0,4 м от уровня поверхности земли) или же требуется повышенное качество очистки сточных вод, используется капельный биофильтр.

 

• Гидроциклоны 

 

Для механической очистки сточных  ВОД от взвешенных веществ применяют  открытые и напорные гидроциклоны. Открытые гидроциклоны применяют для  выделения всплывающих и оседающих  грубодисперсных примесей гидравлической крупностью свыше 0,2 мм/с и скоагулированной взвеси. Напорные гидроциклоны с применяют для выделения из сточных вод грубодисперсных примесей главным образом минерального происхождения. Гидроциклоны используют в процесс ах осветления сточных вод, сгущения осадков, обогащения известкового молока, отмывки песка от органических веществ, в том числе нефтепродуктов. При осветлении сточных вод аппараты малых размеров обеспечивают больший эффект очистки. При сгущении осадков минерального происхождения применяют гидроциклоны больших диаметров (свыше 150мм).

Удаление выделенного осадка из открытых гидроциклонов предусматривают  непрерывное под гидростатическим давлением, гидроэлеваторами или механизированными  средствами. Всплывающие примеси, масла и нефтепродукты задерживают полу погруженной перегородкой.

В зависимости от требуемой эффективности  очистки сточных вод и степени  сгущения осадков, обработка сточных вод в напорных гидроциклонах может осуществляться в одну, две или три ступени путем последовательного соединения аппаратов с разрывом и без разрыва струи.

 

• Фильтры

В качестве сооружений для глубокой очистки сточных вод применяют  фильтры с зернистой заrpузкой  различных конструкций, сетчатые барабанные фильтры и др. Выбор типа сооружений производят с учетом качества исходных сточных вод, требований к степени их очистки, наличия фильтрующих материалов и т. п. Фильтры с зернистой загрузкой бывают: однослойные, двухслойные и каркаснозасыпные (КЗФ). В зависимости от конструкции и климатических условий фильтры следует располагать на открытом воздухе или в помещении. При расположении фильтров на открытом воздухе трубопроводы, запорная арматура, насосы и прочие коммуникации должны располагаться в проходных галереях. В качестве фильтрующего материала использую кварцевый песок, гравий, гранитный щебень, гранулированный доменный шлак, антрацит, керамзит, полимеры, а также другие зернистые загрузки, обладающие необходимыми технологическими свойствами, химической стойкостью и механической прочностью.

 

 

Рис.6 горизонтальный напорный фильтр

1 Корпус фильтр, 2 Дырчатые трубы для подачи воды, 3

фильтрующий материал, 4 Распределительная система для воздуха,

5 Нижний дырчатый коллектор для сбора фильтрата

 

Микрофильтры

 

Микрофильтры представляют собой  фильтровальные аппараты, в виде вращающихся барабанов, на которых неподвижно закреп лены или прижаты к барабану фильтрующие материалы. Барабаны выпускают диаметром 1,53 м и устанавливают горизонтально. Очищаемая вода поступает внутрь барабана. Процесс фильтрации происходит только за счет разности уровней воды внутри и снаружи барабана. Полотно сетки не закреплено, а лишь охватывает барабан в виде бесконечной ленты, натягиваемой с помощью натяжных роликов. Микросетки изготовляют из различных материалов: капрона, латуни, никеля, нержавеющей стали, фосфористой бронзы, нейлона и др.

 

Каркасные фильтры 

 

Фильтры каркаснозасыпные напорные (ФКЗ) предназначены для удаления из сточных вод взвешенных частиц, нефтепродуктов, осветления вод перед подачей на сорбционные фильтры. Фильтры изготавливаются в подземном и наземном варианте. фильтровальные процессы на каркасных фильтрах можно разделить на три большие группы:

1. фильтрование через пористые зернистые материалы, обладающие адгезионными свойствами (кварцевый песок, керамзит, антрацит, пенополистирол, котельные и металлургические шлаки и др.);

2. фильтрование через волокнистые и эластичные материалы, обладающие сорбционными свойствами и высокой нефтеемкостью (нетканые синтетические материалы, пенополиуретан и др.);

3. фильтрование через пористые зернистые и волокнистые материалы для укрупнения эмульсированных частиц нефтепродуктов (коалесцирующие фильтры).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Биологическая очистка сточных вод

 

Процесс биологической  очистки основан на способности  микроорганизмов использовать растворенные органические вещества сточных вод для питания в процессе жизнедеятельности. Часть органических веществ превращается вводу, диоксид углерода, нитрит и сульфат-ионы, часть идет на образование биомассы. Сооружения биологической очистки можно условно разделить на два вида: 1.с очисткой в условиях, близких к естественным; 2.с очисткой в искусственно созданных условиях.

К первому виду относятся поля фильтрации и орошения (земельные участки, в которых очистка происходит за счет фильтрации через слой грунта), а также биологические пруды (неглубокие водоемы, в которых происходит очистка, основанная на самоочищении водоемов). Второй вид составляют такие сооружения, как биофильтры и аэротенки. Биофильтр резервуар с фильтрующим материалом, поверхность которого покрыта биологической пленкой (колония микроорганизмов, способных сорбировать и окислять органические вещества из сточных вод). Аэротенк резервуар, в котором очищаемые стоки смешиваются с активным илом (биоценоз микроорганизмов, также способных поглощать органику из стоков). Биологическая очистка является основным методом обработки городских сточных вод.

Активный ил является амфотерной коллоидной системой. Элементный химический состав активных илов достаточно близок и для городских сточных вод имеет формулу C₅₄H₂₁₂О₈₂N₈S₇. Сухое вещество активного ила содержит 70-90 % органических и 10-30 % неорганических веществ. Кроме живых организмов, в иле содержится субстрат различные твердые остатки, к которым крепятся микроорганизмы. По внешнему виду активный ил представляет собой комочки и хлопья размером 3-150 мкм с высокой удельной поверхностью около 1200 м²/м³ ила. Сообщество живых организмов, населяющих активный ил или биопленку, называют биоценозом. Биоценоз активного ила представлен в основном 12 видами микроорганизмов и простейших. Биоценоз активных илов состоит из бактерий, простейших, плесневых грибов, дрожжей, актиномицет, личинок насекомых, рачков, водорослей и др. Основное разрушение органических загрязнений в стоках осуществляется бактериями. В 1 м³ ила содержится 2*10¹⁴ бактерий. В активном иле они находятся в виде скоплений, окруженных слизистым слоем (зооглеи). Бактерии представлены такими типами, как псевдомонас, бациллус, нитробактер, нитросомонас и др. В активных илах встречаются четыре вида простейших: саркодовые, жгутиковые, реснитчатые и сосущие инфузории, которые поглощают большое количество бактерий, поддерживая их оптимальное количество (одна инфузория в среднем поглощает от 20 до 40 тысяч бактерий). Они способствуют осаждению ила и осветлению сточных вод во вторичных отстойниках. Находящиеся на следующем трофическом уровне коловратки питаются бактериями и простейшими. Состав биоценоза ила зависит от наличия и концентрации в сточной воде разнообразных органических веществ. Только основная группа бактерий (80-90%) участвует в процессе очистки сточных вод, остальное содержание ила составляют сопутствующие группы микробов. При высоком содержании органики в сточной воде преобладают гетеротрофные бактерии, при снижении питательных веществ увеличивается количество хищных простейших. Состояние активного ила характеризует иловый индекс, который зависит от способности ила к осаждению. Крупные хлопья оседают быстрее, чем мелкие. Биопленка растет на наполнителе биофильтра и имеет вид слизистых образований толщиной 1-2 мм. Видовой состав биопленки более разно образен, чем активного ила. Биопленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей, личинок насекомых, червей, клещей и других организмов. В 1 м³ биопленки содержится 10¹² бактерий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 5. Биохимические основы методов биологической очистки сточных вод

 

Биологические методы очистки сточных  вод основываются на естественных процессах жизнедеятельности гетеротрофных микроорганизмов. Микроорганизмы, как известно, обладают целым рядом особых свойств, из которых следует выделить три основных, широко используемых для целей очистки:

1. Способность потреблять в качестве источников питания самые разнообразные органические (и некоторые неорганические) соединения для получения энергии и обеспечения своего функционирования.

2.    Во-вторых, это свойство  быстро размножаться. В среднем  число бактериальных клеток удваивается через каждые 30 мин.

3.    Способность образовывать  колонии и скопления, которые  сравнительно легко можно отделить от очищенной воды после завершения процессов изъятия содержавшихся в ней загрязнений.

В живой микробиальной клетке непрерывно и одновременно протекают два процесса - распад молекул (катаболизм) и их синтез (анаболизм), составляющие в целом процесс обмена веществ - метаболизм. Иными словами, процессы деструкции потребляемых микроорганизмами органических соединений неразрывно связаны с процессами биосинтеза новых микробиальных клеток, различных промежуточных или конечных продуктов, на проведение которых расходуется энергия, получаемая микробиальной клеткой в результате потребления питательных веществ. Источником питания для гетеротрофных микроорганизмов являются углеводы, жиры, белки, спирты и т.д., которые могут расщепляться ими либо в аэробных, либо в анаэробных условиях. Значительная часть продуктов микробной трансформации может выделяться клеткой в окружающую среду или накапливаться в ней. Некоторые промежуточные продукты служат питательным резервом, который клетка использует после истощения основного питания. Весь цикл взаимоотношений клетки с окружающей средой в процессе изъятия из нее и трансформации питательных веществ определяется и регулируется соответствующими ферментами. Ферменты локализуются в цитоплазме и в различных субструктурах, встроенных в мембрану клетки, выделяются на поверхность клетки или в окружающую среду. Общее содержание ферментов в клетке достигает 40 - 60% от общего содержания в ней белка, а содержание каждого из ферментов может составлять от 0,1 до 5% от содержания белка. При этом в клетках может находиться свыше 1000 видов ферментов, а каждую биохимическую реакцию, осуществляемую клеткой, могут катализировать 50 ~ 100 молекул соответствующего фермента. Часть ферментов представляют собой сложные белки (протеиды), содержащие кроме белковой части (апофермента) небелковую часть (кофермент). Во многих случаях коферментами являются витамины, иногда -комплексы, содержащие ионы металлов.

Ферменты делятся на шесть классов  по характеру реакций, катализирующих: окислительные и восстановительные процессы; перенос различных химических групп от одного субстрата к другому; гидролитическое расщепление химических связей субстратов; отщепление от субстрата химической группы или присоединение таковой; изменение в пределах субстрата; соединение молекул субстрата с использованием высокоэнергетических соединений.

Поскольку микробиальная клетка потребляет только растворенные в воде органические вещества, то проникновение в клетку нерастворимых в воде веществ, таких, например, как крахмал, белки, целлюлоза и др. возможно лишь после их соответствующей подготовки, для чего клетка выпускает в окружающую жидкость необходимые ферменты для гидролитического их расщепления на более простые субъединицы.

Коферменты определяют природу катализируемой реакции и по выполняемым функциям подразделяются на три группы:

1. Переносящие ионы водорода или электроны. Связаны с окислительно-восстановительными ферментами - оксидоредуктазами.

2.     Участвующие в переносе  групп атомов (АТФ - аденозинтрифосфорная кислота, фосфаты углеводов, СоА - коферменат А и др.)

3.    Катализирующие реакции  синтеза, распада и изомеризации  углеродных связей.

Механизм изъятия из раствора и  последующей диссимиляции субстрата носит весьма сложный и многоступенчатый характер взаимосвязанных и последовательных биохимических реакций, определяемых типом питания и дыхания бактерий. Достаточно сказать, что многие аспекты этого механизма не совсем ясны до сих пор, несмотря на его практическое использование, как в области биотехнологии, так и в области биохимической очистки воды от органических примесей в широком спектре схем его технологического оформления.

Наиболее ранняя модель процесса биохимического изъятия и окисления загрязнений основывалась на трех главных положениях: сорбционное изъятие и накопление изымаемого вещества на поверхности клетки; диффузионное перемещение через клеточную оболочку либо самого вещества, либо продуктов его гидролиза, либо гидрофобного комплекса образуемого гидрофильным проникающим веществом и белком-посредником; метаболическая трансформация поступивших внутрь клетки питательных веществ, обеспечивающая диффузионное проникновение вещества в клетку.

В соответствии с этой моделью считалось, что процесс изъятия питательных веществ из воды начинается с их сорбции и накопления на поверхности клетки, для чего требуется постоянное перемешивание биомассы с субстратом, обеспечивающее благоприятные условия для "столкновения" ) клеток с молекулами субстрата.