Объекты хозяйствования (предприятия, гостиницы, школы, сады, офисные здания и т.д.), в которых образуются сточные воды в процессе деятельности, должны иметь локальные системы очистки сточных вод, чтобы обеспечить соблюдение мер безопасности и правил их сброса. Наиболее подходящая система очистки сточных вод поможет объекту избежать вреда окружающей среде, здоровью людей и процессу или продуктам объекта (особенно если сточные воды используются повторно). Это также поможет объекту избежать больших штрафов, если сточные воды неправильно сбрасываются в государственные очистные сооружения или в окружающую среду.
Обычно биологические системы очистки сточных вод используются как вторичный метод очистки сточных вод после того, как начальные загрязнители были отстояны и/или отфильтрованы. Биологические системы очистки сточных вод могут быть эффективными и экономичными технологиями для расщепления и удаления органических загрязнений из сильно органических отходов, таких как образующиеся. в пищевой, химической, нефтегазовой и коммунальной индустрии.
Но что такое биологическая система очистки сточных вод и как она работает?
Поскольку эта тема может быть чрезвычайно многогранной и сложной, в этой статье будут разбиты основы как общее введение некоторых наиболее распространенных методов биологической очистки сточных вод, используемых сегодня в промышленности.
Что такое биологическая система очистки сточных вод?
В упрощенном ответе на этот вопрос биологическая система очистки сточных вод – это технология, в основном использующая бактерии, некоторые самые простые и, возможно, другие специальные микробы для очистки воды. Когда эти микроорганизмы расщепляют органические загрязнители, являющиеся для них пищей. В дальнейшем они слипаются, что создает эффект флокуляции, позволяющий органическому веществу оседать из раствора. Это процесс образования активного ила, который и очищает сточные воды, далее его обезвоживают и утилизируют как жесткие отходы.
Обычно биологическая очистка сточных вод делится на три основные категории:
· аэробный, когда микроорганизмам нужен кислород для расщепления органического вещества до углекислого газа и микробной биомассы;
· анаэробный, когда микроорганизмам не нужен кислород для расщепления органического вещества, часто образуя метан, углекислый газ и избыток биомассы;
· бескислородный, когда микроорганизмы используют другие молекулы, кроме кислорода, для роста, например для удаления сульфата, нитрата, нитрита, селената и селенита
. кислорода, необходимого аэробным организмам для расщепления органического вещества на меньшие молекулы. Высокие уровни БПК указывают на повышенную концентрацию биологически материала в сточных водах, которые необходимо разложить и могут быть вызваны введением загрязняющих веществ, таких как промышленные сбросы, бытовые фекальные отходы или стекание удобрений.
Когда уровень загрязняющих веществ в стоках повышен, кислород, необходимый другим водным организмам для жизни, используется для очистки загрязнений, что приводит к цветению водорослей, гибели рыбы и вредным изменениям в водной экосистеме, куда сбрасываются сточные воды. Поэтому многие объекты должны обрабатывать свои отходы, возможно, биологически, перед сбросом, но именно уровень органических и неорганических загрязнителей по отношению к их требованиям к сбросу будет диктовать, какие конкретные операции потребуются системе биологической очистки сточных вод на объекте и как они должны работать.
Короче говоря, биологические системы очистки сточных вод оптимизируют естественный процесс микробного разложения загрязнения промышленных сточных вод, чтобы вместе с другими нежелательными примесями можно было удалить.
Как работает система биологической очистки сточных вод?
В зависимости от химического состава сточных вод система биологической очистки сточных вод может состоять из нескольких различных процессов и многочисленных типов микроорганизмов в системе. Процессы очистки в очистной станции будут изменяться в зависимости от среды, необходимой для поддержания оптимальных темпов роста биомассы для конкретных микробных популяций. Например, часто следует контролировать и регулировать аэрацию, чтобы поддерживать постоянный уровень растворенного кислорода, чтобы бактерии системы размножались с соответствующей скоростью.
В дополнение к растворенному кислороду, биологические системы часто должны быть сбалансированы относительно потока, pH, температуры и питательных веществ. Сбалансирование комбинации системных факторов – это то, где процесс биологического очищения может стать очень сложным. Ниже приведены примеры некоторых распространенных типов систем биологической очистки сточных вод, включая краткое описание того, как они функционируют в режиме очистки промышленных сточных вод, чтобы дать вам представление о типах технологий и систем, которые могут принести пользу вашему промышленному объекту.
Аэробные технологии очистки сточных вод
Система очистки активным илом впервые была разработана в начале 1900-х годов в Англии и стала обычным процессом биологической очистки, широко используемой в муниципальных сферах, но также может использоваться в других промышленных сферах. Сточные воды после первичной очистки поступают в аэротенк, где они аэрируются в присутствии взвешенных (свободно плавающих) аэробных микроорганизмов. Органический материал расщепляется и потребляется, образуя биологические твердые вещества, которые флокулируют в большие сгустки или хлопья. Взвешенные куски попадают в отстойник и удаляются из сточных вод путём отстаивания. Переработка отстоянных частей активного ила в аэротенке контролирует уровень взвешенных веществ, в то время как избыток активного ила удаляется как избыточный.
Биореакторы с фиксированным слоем носителя активного ила разработаны в качестве промышленных систем очистки с принудительным нагнетанием воздухом в 1970-х и 80-х годах. Эти системы состоят из многокамерных резервуаров, в которых камеры плотно заполнены пористой керамикой, пеной пористой и/или пластмассовыми носителями; сточные воды проходят через иммобилизованный слой среды. Из всех систем биологической очистки с фиксированным слоем могут содержать наибольшее количество микробов, поглощающих загрязнители, в наименьшем объеме, что делает их экономичными и энергоэффективными технологиями, идеальными для очистки сточных вод от среднего до среднего высокого уровня БПК до очень низкого уровня стоков.
Носитель разработан так, чтобы иметь достаточно высокую площадь поверхности, чтобы стимулировать образование прочной биопленки с длительным сроком службы твердых веществ, что приводит к низкому образованию осадка и минимальным затратам на утилизацию ила. Хорошо сконструированный стационарный слой позволит стоковым водам протекать через систему без каналов или закупорки. Камеры могут быть аэробными и все еще иметь бескислородные зоны для достижения аэробного удаления углерода и полной бескислородной денитрификации одновременно.
Эти системы могут облегчить более сложные биологические процессы (например нитрификацию, денитрификацию, деселенацию, восстановление сульфида). Уникальные популяции микробов колонизируют в биопленке в отдельных камерах резервуаров, которые контролируемо настраивают.
Биореакторы с подвижным слоем изобретены в конце 1980-х годов в Норвегии, уже применялись в более чем 800 программах более чем в 50 странах, причем примерно половина очищает бытовые сточные воды, а половина — промышленные сточные воды. Биореакторы с подвижным слоем обычно состоят из аэротенков, наполненных небольшими подвижными носителями из полиэтиленовой биопленки, содержащимися в биореакторе ситами для удержания среды. Сегодня пластиковые носители для биопленки поступают от многих поставщиков разных размеров и форм, обычно представляют собой цилиндры или кубики диаметром от 2,5 до 4 см и предназначены для подвешивания с иммобилизованной биопленкой по всему биореактору путем аэрации или механического смешения.
Из-за подвешенных подвижных носителей биопленки удается очищать сточные воды с высоким содержанием БПК на меньшей площади без укупорки. Далее следует вторичный отстойник; избыток осадка оседает, а шлам удаляется аэрлифтом, или оседлые твердые вещества прессуются и утилизируются как твердые отходы.
Биореакторы с подвижным слоем часто используются для удаления основной части нагрузки БПК перед другими процессами биологической очистки или используются в ситуациях, когда качество стоков менее важно; они не используются для полировки БПК до низких уровней стоков. Они используются для очистки сточных вод, образующихся на предприятиях питания и напитков, мясоперерабатывающих и упаковочных заводах, нефтехимических и нефтеперерабатывающих заводах.
Мембранные биореакторы вошли в обычное использование в 1990-х годах, когда мембранные модули были погружены непосредственно в аэротенк и введена очистка воздуха, чтобы уберечь мембраны от загрязнения. Мембранные биореакторы – это передовые технологии биологической очистки сточных вод, сочетающие обычный активный ил, разрастающийся с мембранной фильтрацией, а не отстаиванием, чтобы отделить и переработать взвешенные твердые вещества. Как следствие, мембранные биореакторы работают с гораздо большим количеством смешанных взвешенных твердых веществ и более длительным временем нахождения твердых веществ, создавая значительно меньший остаточный след с гораздо более высоким качеством стоков по сравнению с обычным активным илом.
Мембранные биореакторы в основном нацелены на БПК и общие взвешенные твердые вещества. Конструкция системы зависит от природы сточных вод и целей очистки, но типичный мембранный биореактор может состоять из аэробных (или анаэробных) резервуаров для очистки, системы аэрации, смесителей, мембранного бака, ультрафильтрационной мембраны из полого волокна или плоского листа. Благодаря многочисленным частям и процессам очистки мембранные биореакторы известны высокой стоимостью, высокими эксплуатационными и высокими затратами на техническое обслуживание.
Биологические капельные фильтры используются для удаления органических загрязнений как из воздуха, так и из сточных вод. Они работают, пропуская воздух или воду через среду, предназначенную для сбора биопленки на ее поверхности. Биопленка может состоять как из аэробных, так и анаэробных бактерий, которые расщепляют органические загрязнения в воде или воздухе. Некоторые средства, используемые для этих систем, включают гравий, песок, пену и керамические материалы. Наиболее популярным применением этой технологии является очистка городских сточных вод и очистка воздуха для удаления H2Sнагородских канализационных установках, но их можно использовать во многих ситуациях, когда важен контроль запаха.
Технологии анаэробной очистки сточных вод
Анаэробные иловые прослои с восходящим потоком используют для расщепления органических веществ без использования кислорода, в результате чего образуется горючий биогаз, содержащий метан, очищенные стоки и анаэробный ил. В анаэробных системах общая идея заключается в том, что сточные воды закачиваются в основу системы, где органические вещества в сточных водах протекают через ил перед входом в верхний сепаратор газ-жидкость-твердые вещества, где коллекторы собирают биогаз, позволяя взвешенным твердым веществам осесть и вернуться. в нижнюю реакционную зону, в то время как очищенные стоки выливаются из верхней части системы. Биогаз (метан и углекислый газ) либо сжигается, либо используется для производства пара или электроэнергии для использования в других процессах на объекте.
В процессе анаэробной очистки образуется меньше осадка, чем в аэробных биосистемах, и поэтому его нужно очищать и опорожнять меньше других систем биологической очистки, но они требуют квалифицированных операторов для поддержания оптимальных гидравлических и анаэробных условий для надлежащей работы. Расширенные гранулированные иловые слои являются подобным процессом, но используют более сильную восходящую силу, чтобы стимулировать контакт сточных вод с илом.