Tratarea apei reziduale anaerobe

Purificarea anaerobă este procesul anaerobic (în absența oxigenului) în două etape de transformare biochimică a poluării organice a apelor reziduale în metan și dioxid de carbon. Inițial, sub acțiunea bacteriilor, substanțele organice sunt fermentate la acizi organici simpli (faza acidă), iar în a doua etapă, acești acizi servesc deja ca o sursă de nutriție pentru bacteriile formatoare de metan (faza alcalină).

Principala reacție a formării metanului:

unde este H2A - materie organică care conține H2.

Metanul poate fi format ca urmare a defalcării acidului acetic:

În anumite condiții, amoniacul poate fi, de asemenea, produsul final.

Bacteriile metan sunt foarte sensibile la fluctuațiile factorilor externi. Această circumstanță cauzează o mai mică flexibilitate și stabilitate a procesului anaerob decât cea aerobă și necesită un control strict și o ajustare a parametrilor de intrare ai efluentului. Următoarele sunt considerate optime în aparat: temperatura 30-35 ° C, pH 6,8-7,2, potențialul RV al mediului ≈-0,25.

Tratamentul anaerobic poate fi suficient pentru apa reziduală concentrată de la BOD5 nu mai puțin de 500-1000 g / m3. Dispozitivele anaerobe sunt mai complicate în construcții decât rezervoarele de aer și mai scumpe în construcții.

De obicei, echipamentul anaerob este utilizat pentru fermentarea sedimentelor rezervoarelor de sedimentare primară și a nămolului activ excesiv al sistemelor biochimice aerobe pentru tratarea apelor reziduale menajere și a amestecurilor acestora cu deșeurile industriale.

Gradul de descompunere a compușilor organici este de 40-50%.

Se propun și se utilizează sisteme de purificare în unul sau două etape și diferite tipuri de reactoare.

Într-un sistem cu două etape (fig.), Prima structură este o biostație continuă cu flux continuu cu amestecare completă, a doua structură poate fi utilizată pentru a separa și concentra substanțele solide (rezervoarele septice, centrifugele etc. pot îndeplini această funcție).

Fig. Sistem de descompunere anaerobă în două etape (a): 1 - intrare în deșeuri;

2 - priză de gaz; 3 - amestec de nămol; 4 - scurgere lichidă; 5 - suspensie; 6 - nămol retur;

7 - dispozitiv de amestecare; 8 - duza (substrat)

În astfel de sisteme, este posibilă revenirea (recircularea) unei părți a sedimentelor din cea de-a doua etapă în prima etapă, în scopul creșterii dozei de microorganisme active din punct de vedere biologic și intensificarea procesului. Totuși, utilizarea rezervoarelor septice convenționale în a doua etapă este posibilă numai în condițiile degazării preliminare a curentului din prima etapă, deoarece evacuarea gazului împiedică sedimentarea. Prin urmare, sistemele în două etape sunt utilizate în principal pentru separarea parțială a două etape de tratare anaerobă: producerea de acizi organici volatili și fermentarea metanului.

Aparatul anaerob este utilizat în principal de digestoare - structuri care funcționează pe principiul unui reactor cu amestecare completă.

Fig. Methentank: 1 - capac de gaz pentru colectarea gazului; 2 - conducta de gaz de la capacul de gaz; 3 - agitator de propulsie; 4 - conducte pentru încărcare (de exemplu nămol brut și nămol activat); 5 - conducte pentru îndepărtarea apei de nămol sau deversarea sedimentului fermentat din diferite nivele; 6 - injector de alimentare cu abur pentru încălzirea conținutului digestorului și amestecare; 7 - descărcarea unei conducte de suspensie a produselor de fermentare în fază solidă (de exemplu nămol fermentat); 8 - țeavă de circulație; 9 - conducte pentru golirea digestorului

Distingeți între digestoare de tip deschis și închis (cel din urmă - cu o podea tare sau plată).

Într-o structură cu o suprapunere rigidă fixă ​​(fig.) Nivelul masei de fermentare este menținut deasupra fundului gâtului, deoarece în acest caz oglinda de masă este mică, intensitatea gazelor de eșapament este mare și nu se formează crusta. Pentru a accelera procesul, masa este agitată și încălzită la 30-40 ° C (cu digestie mezofilă) cu abur acut la temperatură scăzută (0,2-0,46 MPa). Circulația principală în digestor este efectuată de un agitator cu elice.

Cuptoarele tipice au un volum util de un rezervor de 1000-3000 m 3. În mod convențional, acest volum este împărțit în patru părți cu diferite funcții: volumul pentru formarea unei cruste plutitoare, volumul pentru apa de nămol, volumul pentru fermentația reală, volumul de compactare și stabilizarea suplimentară a sedimentului în timpul depozitării (până la 60 de zile).

Doza zilnică maximă posibilă de încărcare (în m 3 / zi pe 1 m 3 de aparat) este determinată de faptul că o creștere a acestei doze va determina excesul de descărcare cu ieșire din construcția celulelor bacteriene active peste creșterea lor și după un anumit timp nu vor exista suficiente organisme active.

Dezavantaje ale sistemelor anaerobe: rata scăzută de creștere a microbilor, durata mare de ședere a substanțelor biologic active în structuri (2-6 zile).

Avantajele metodei: formarea minimă a solidelor biologic active, producerea de produse utile (gaze combustibile 65% metan și 33% bioxid de carbon, nămol fermentat).

Se utilizează trei tipuri de structuri pentru procesarea și fermentarea nămolului brut: 1) rezervoare septice (rezervoare septice); 2) tancurile de sedimentare a rezervoarelor (Emscher); 3) digestoare.

Meniul principal

Bine ai venit! Practic, toate tipurile de ape uzate se supun bioremedierii. Pentru acest tip de filtrare, se creează condiții speciale în care microorganismele speciale se descompun și procesează diferite substanțe organice care poluează apa.

Una dintre metodele cele mai populare ale unui astfel de tratament este procesul anaerob, adică curățarea fără aer. Această curățare se efectuează în rezervoare septice speciale numite rezervoare septice.

Tratarea anaerobă în rezervoarele septice este folosită în principal pentru îndepărtarea nămolurilor, nămolurilor și a altor contaminanți din apele uzate, precum și pentru prelucrarea altor tipuri de nămoluri și deșeuri solide. Rezervoarele septice însele sunt rezervoare orizontale etanșe orizontale etanșe, la baza cărora se formează un precipitat, constând din particule solide. Ulterior, se va putrezi și se va descompune cu microorganisme anaerobe.

Principala sarcină a rezervorului septic este separarea particulelor solubile în lichid din contaminarea insolubilă și descompusă de bacteriile anaerobe. Avantajul incontestabil al tratamentului anaerob în rezervoarele septice este formarea ușoară a biomasei diverselor microbi dăunătoare. Acest tip de tratament anaerob este mai rezonabil pentru utilizarea la un nivel suficient de scăzut al apelor subterane.

Curățarea anaerobă în rezervoarele septice constă în două etape de fermentare a apei reziduale. Aceasta este fermentația acră și alcalină.

Fermentarea acidă are loc în rezervorul septic în timpul umplerii sale inițiale, atunci când apele reziduale nu sunt contaminate cu nămol fermentat. Această etapă se caracterizează prin formarea de gaze mirositoare neplăcute. Eliminarea nămolului este însoțită de depuneri de gri-galben, care nu se usucă bine în aer. Nămolul cel mai adesea plutește la suprafață cu gaz.
Gazele eliberate în timpul procesului de fermentare acidă înlocuiesc oxigenul și umple treptat rezervorul septic, ca urmare a faptului că bacteriile anaerobe încep să se dezvolte în mod activ. Aceasta sugerează că a doua etapă de purificare a început - fermentarea alcalină.

Fermentația alcalină se numește și metan, deoarece cea mai mare parte a produselor de generare a gazului din rezervorul septic este metanul. În timpul fermentării alcaline, formarea gazelor fetide este absentă, în plus, acest proces se caracterizează printr-un curs destul de rapid și volumul de nămol scade semnificativ. În același timp, silozul are o culoare întunecată și se usucă rapid în aer.

Pentru o descompunere mai completă a nămolului, se folosesc tipuri speciale de tulpini de bacterii anaerobe. Aceasta permite dezintegrarea completă a tuturor contaminanților. În plus, în timpul fermentației anaerobe, moartea microorganismelor patogene are loc cu o rată mai mare, rezultând un precipitat de calitate superioară, utilizat în mod activ în agricultură ca îngrășământ organic.

Volumul rezervoarelor septice depinde direct de cantitatea de apă consumată. De exemplu, dacă consumul de apă este de 250 litri pe zi, volumul minim al rezervorului septic trebuie să fie egal cu aproximativ 3 metri cubi. În mod tradițional, rezervoarele septice sunt realizate din piatră, cărămidă roșie sau inele de beton cu o grosime a peretelui de cel puțin 12 centimetri. Și astăzi, containerele din plastic, polietilenă, polipropilenă și compozit din fibră de sticlă devin din ce în ce mai populare. Materialul este selectat pe baza tuturor caracteristicilor sale tehnice: rezistența mecanică la presiune, susceptibilitatea la coroziune, rigiditate și rezistență. Forma rezervorului septic poate fi diferită, dar cea mai bună formă este circumferința, deoarece pereții rotunzi distribuie cel mai egal presiunea solului.

De remarcat, de asemenea, că, în pofida tuturor avantajelor purificării anaerobe, această metodă are totuși dezavantaje minore. Acestea includ rata scăzută de fermentare și reciclare, pericolul eliberării metanului, sensibilitatea deosebită la metalele grele și, de asemenea, îmbogățirea efluenților cu azot de amoniu.

Trebuie spus că curățarea astăzi fără nutrienți este posibilă și au fost create toate condițiile pentru a reduce volumul de deșeuri. Metoda anaerobă de purificare a apei în rezervoarele septice este cea mai productivă și promițătoare, deoarece implementarea acesteia necesită o cantitate minimă de echipamente în funcțiune și nu există probleme cu eliminarea deșeurilor. Aceasta, la rândul său, oferă avantaje economice incontestabile și rate ridicate de curățare.

Apele uzate

În ultimii ani, tema protecției mediului a devenit mai urgentă decât oricând. Una dintre problemele importante în acest subiect este tratarea apelor uzate înainte de a le arunca în corpurile de apă din apropiere. O modalitate de a rezolva această problemă poate fi tratarea biologică a apelor reziduale. Esența unei astfel de purificări este împărțirea compușilor organici cu ajutorul microorganismelor către produsele finale, și anume apa, dioxidul de carbon, sulfura de nitriți etc.

Tratamentul cel mai complet al apelor uzate industriale care conțin substanțe organice într-o stare dizolvată este realizat printr-o metodă biologică. În acest caz, aceleași procedee sunt utilizate ca și în purificarea apei acvatice-aerobe și anaerobe.

Pentru curățarea aerobă se folosesc aerotanduri cu diferite modificări structurale, oxicate, rezervoare de filtrare, rezervoare de flotație, biodistre și minereuri biologice.

În procesul anaerob pentru apele reziduale foarte concentrate utilizate ca prima etapă a tratamentului biologic, digestoarele servesc drept structură principală.

Metoda aerobă bazată pe utilizarea de grupuri aerobe de organisme, a căror viață necesită un flux constant de O2 și o temperatură de 20-40 ° C. Microorganismele sunt cultivate în nămol activ sau biofilm.

Nămolul activat este format din organisme vii și un substrat solid. Organismele vii sunt reprezentate de acumulări de bacterii, viermi de protozoare, ciuperci de mucegai, drojdii și rareori - larve de insecte, crustacee și alge. Biofilmul crește pe filtre biofiltre, are aspectul de murdărire mucoasă cu o grosime de 1-3 mm și mai mult. Procesele de tratare aerobă a apelor uzate se duc la instalațiile numite bazine de aerare.

Fig.1. Formatul de lucru Aerotank

Formatul de lucru Aerotank

1 - nămolul activat în circulație; 2 - nămol activ în exces;

3 - stație de pompare; 4 - rezervor secundar de decantare;

5 - aero rezervor; 6 - clarificator primar

Rezervoarele Aero sunt tancuri destul de adânci (de la 3 la 6 m) echipate cu dispozitive de aerare. Aici se găsesc colonii de microorganisme (pe structuri flocculente de nămol activat), care împarte materia organică. După rezervoarele de aerare, apa purificată intră în rezervoarele septice, unde are loc sedimentarea nămolului activat pentru revenirea parțială ulterioară la rezervorul de aerare. În plus, la astfel de instalații, sunt amenajate rezervoare speciale în care "se odihnește" (este regenerat).

O caracteristică importantă a operațiunii aerotank este încărcarea nămolului activ N, care este definit ca raportul dintre masa contaminanților care intră în reactor pe zi și biomasa absolut uscată sau fără cenușă a nămolului activ în reactor. În funcție de încărcătura de nămol activat, sistemele de purificare aerobă sunt împărțite în:

sisteme de tratare a apelor reziduale aerodinamice cu sarcină mare cu N> 0,5 kg BOD (indicator al consumului de oxigen biochimic) 5 pe zi pe 1 kg de nămol;

sisteme de tratare a apei reziduale cu încărcătură medie la 0,2 18

Tratarea apei reziduale anaerobe

Companiile chimice consumă multă apă uzată, ducând ulterior la o cantitate mare de lichide foarte contaminate. Astfel, sarcina folosirii raționale a resurselor de apă astăzi este deosebit de acută și reprezintă o problemă tehnică, economică și tehnologică importantă. Una dintre metodele de tratare a apelor reziduale anaerobe.

De ce trebuie să fie curățate deșeurile de apă?

Canalizarea conține diferite impurități, particule coloidale și grosiere, substanțe minerale, organice, biologice. Pentru ca apele uzate să nu aibă un impact negativ asupra mediului, poluând mediul, este imperativ ca acestea să fie curățate înainte de deversare, al cărei principală sarcină este dezinfecția, clarificarea, degazarea, distilarea și înmuierea. Apele uzate poluate cu diverse substanțe chimice sunt tratate în moduri diferite. Cele mai populare dintre acestea sunt mecanice, chimice, fizico-chimice și biologice.

Ce este tratamentul biologic al apelor reziduale?

Tratamentul biologic se efectuează folosind substanțe organice. Această tehnică se bazează pe capacitatea microorganismelor de a folosi materia organică dizolvată în apele uzate. Consumul ecologic se produce în prezența și absența oxigenului.

Metode de tratament biologic

Metode de tratament biologic - aerobic și anaerob. Anaerobul se desfășoară în absența contactului cu oxigenul. Datorită costurilor accesibile și eficienței ridicate, această tehnică este în cererea cea mai largă posibilă din industria modernă.

Metode de tratare a apelor reziduale aerobe: cum sunt tratate canalizările în condiții aerobe

Procesul de dezinfecție a apelor reziduale poluate cu participarea microorganismelor aerobe are loc în condițiile accesului continuu al oxigenului (oxigenul determină activitatea vitală a substanțelor organice). Procesul de curățare are loc într-un rezervor de bioreactor sau aerare (rezervor special din plastic, metal sau beton). În rezervor, la o mică distanță de partea de jos sunt site-uri și perii - ele servesc ca bază pentru plasarea coloniilor de bacterii aerobe.

Pentru a asigura accesul permanent la oxigen, aeratoarele, tuburile speciale cu găuri sunt instalate în partea inferioară a rezervoarelor. Aerul care trece prin ele, saturarează canalele de scurgere cu oxigen și creează astfel condițiile necesare pentru viața și creșterea aerobilor. Deoarece procesele de oxidare a substanțelor organice sunt însoțite de eliberarea unor cantități mari de energie, temperatura de lucru în interiorul bazinului de aerare poate crește semnificativ.

Pentru sistemele normale de acest tip este nevoie de un sistem complex de electronică. Ajută la menținerea condițiilor necesare activității vitale a bacteriilor aerobe.

Caracteristicile proceselor de purificare biologică în mod anaerob

Tratamentul anaerob este utilizat în primul rând pentru îndepărtarea nămolurilor, nămolurilor și a altor contaminanți din apele uzate. Este de asemenea utilizat pentru prelucrarea altor tipuri de precipitații, deșeuri solide. Rezervoarele septice sunt subterane, tancuri orizontale etanșate ermetic, la baza cărora se formează un precipitat solid. Ulterior, se ruinează și se descompune. Aceste procese apar exact datorită efectelor microorganismelor anaerobe.

Principala sarcină a rezervorului septic al plantei anaerobe este separarea particulelor lichide solubile de la insolubile și descompunerea poluanților prin tratarea cu microorganisme anaerobe. Avantajul sistemelor de tratare a deșeurilor anaerobe este biomasa scăzută a microorganismelor dăunătoare. Se recomandă utilizarea metodei la un nivel scăzut al apelor subterane.

Metode de tratare anaerobă. Tratarea apei biologice anaerobe

Procesele anaerobe de purificare a apei apar în digestoare și bioreactoare (aceste instalații sunt sigilate). Materiale pentru fabricarea containerelor - metal, plastic, beton. Deoarece oxigenul nu este necesar pentru activitatea microorganismelor, toate procesele de purificare se desfășoară fără eliberarea de energie și temperatura nu crește. Odată cu descompunerea componentelor organice care se află în apă, numărul coloniilor de bacterii rămâne aproape neschimbat. Dat fiind faptul că în acest caz nu este necesar un sistem complex de control al condițiilor de mediu, costul metodei este relativ scăzut.

Principalul dezavantaj al tratării anaerobe este formarea gazului metan combustibil ca rezultat al activității anaerobe. Prin urmare, structurile pot fi instalate numai pe suprafețe plane și bine suflate, analizoarele de gaz trebuie montate de-a lungul perimetrului lor și apoi conectate la un sistem de alarmă de incendiu. Apropo, în majoritatea cazurilor, curățarea anaerobă este folosită pentru a servi casele și cabanele din LOS.

Schema instalației de tratare a apelor reziduale și a dispozitivelor IT (puncte termice) ale clădirilor

Tratamentul anaerobic nu este o schemă completă, ci doar o etapă separată într-un sistem complex de curățare a apelor uzate provenite de la diverși contaminanți. Schema de tratare a apei în stația de tratare este după cum urmează:

  1. Efluentul care conține materie organică și anorganică, particule mari (pietre, nisip), incluziuni sintetice intră în prima cameră (se numește rezervor septic). În bazin există un tratament mecanic de canalizare sub influența gravitației. Componentele principale grele se așează pe fundul rezervorului.
  2. După tratarea prealabilă, efluentul intră deja în cea de-a doua cameră, unde este saturată cu oxigen. Insulele organice mari aici sunt zdrobite în particule mici. În unele instalații din aceste camere există arbori de brad și perii din oțel, care păstrează componente nedegradabile, cum ar fi polietilenă, fibre sintetice și alte materiale care sunt practic indestructibile.
  3. O cantitate de apă reziduală de oxigen din sticlă se varsă în bioreactorul rezervorului, unde materialul organic se descompune.
  4. Gravitatea finală de curățare se face în ultima cameră. În partea de jos a acestui compartiment există o coloană vertebrală care leagă elementele chimic active.

Un dispozitiv de filtrare separat poate fi instalat suplimentar la ieșirea instalației de tratare a apelor reziduale. Acesta garantează gradul maxim de purificare - până la 99%. După pornire, stațiile de tratare biologică funcționează complet autonom.

Toate procesele de transformare sunt strâns legate între ele și se desfășoară în capacitatea bioreactorului anaerob în maniera prescrisă. Orice încălcare tehnologică duce la eșecul tuturor proceselor. Prin urmare, proiectarea stațiilor de tratare a apelor uzate trebuie să fie cât mai exactă posibil - precum și adaptarea acestora la apele uzate corespunzătoare.

În funcție de clasa predominantă de substanțe organice (adică de masele de apă reziduală), compoziția modificărilor biogazului, precum și procentul de metan din acesta. Carbohidrații se descompun ușor, dar au o proporție mai mică de metan. Odată cu descompunerea uleiurilor și grăsimilor se formează o cantitate mare de biogaz cu un conținut semnificativ de metan. Procesele de descompunere se desfășoară încet. Acizii grași - în acest caz, produșii secundari ai descompunerii de uleiuri și grăsimi - devin adesea un obstacol suplimentar la cursul normal al procesului de descompunere.

Structurile cele mai moderne și sofisticate folosite pentru fermentarea sedimentelor sunt metathenica. Datorită utilizării lor, timpul de fermentație este redus semnificativ - la toate acestea, încălzirea artificială reduce în mod semnificativ volumul instalațiilor. Astăzi, metathenki sunt frecvent utilizate în practica străină și internă. Din punct de vedere vizual, acestea sunt tancuri - beton armat, cu formă cilindrică, cu fund conic, suprapunere ermetică. În partea de sus a rezervorului există un capac pentru colectarea și îndepărtarea masei de gaze. Metatinki sunt echipate cu un agitator de elice instalat într-o conductă cilindrică și alimentat de un motor electric, un schimbător de căldură având forma unui sistem de țevi și conducte de ramificație.

Pentru descărcarea masei fermentate, se utilizează un dispozitiv special - un dispozitiv cu o conductă verticală, o conductă de scurgere și un dispozitiv de blocare. Un amestec de sedimente proaspete (brute) care se află în rezervoarele principale de sedimentare, precum și nămolul activat (devine în rezervorul secundar de sedimentare după rezervorul de aerare) este introdus în interiorul metatengului. Următoarea etapă a fluxului de lucru este fermentarea. Este termofilă și mezofilă (efectuată la o temperatură de 50-55 și 30-35 grade Celsius). În fermentația termofilă, procesele de descompunere se desfășoară mult mai repede, dar sedimentul deja fermentat se înrăutățește. Amestecul de gaze care se eliberează în timpul fermentării constă din metan și dioxid de carbon în raport de 7 la 3.

Metode aerobe și anaerobe de tratare a apelor uzate: avantaje

Principalele avantaje ale metodelor de tratare biologică a apelor uzate:

  1. Preț accesibil - costul curățării unui metru cub de deșeuri folosind metoda chimică și mecanică este mai mare decât utilizarea metodei biologice.
  2. Ușurința în utilizare, fiabilitatea - imediat după pornirea stației de biopurificare, începe să funcționeze complet autonom. Nu este necesară achiziționarea consumabilelor.
  3. Protecția mediului - apele uzate care au fost curățate pot fi evacuate în siguranță fără a se teme de starea mediului. După operarea stației, nu mai există reactivi care trebuie eliminați corespunzător. Deșeurile care se găsesc pe fundul camerei sunt un îngrășământ excelent.

Gradul de purificare este de 99%, adică teoretic este posibil să bei apă purificată într-un mod biologic, dar în practică este mai bine să nu faceți acest lucru. Deoarece coloniile bacteriene au capacitatea de a se reproduce singure, este suficient să le înlocuiască o dată la cinci ani.

Tratament biologic natural

În natură, au loc procesele biologice de purificare a apei, dar este nevoie de ani. Dacă efluenții poluați intră în sol, aceștia sunt imediat absorbiți în sol, unde sunt procesați de microorganisme speciale. Când lichidul pătrunde în solul argilos se formează un biopond - în acesta, apa uzată este luminată treptat sub influența procesului de gravitație, iar sedimentele organice se formează în partea de jos. Dar aceste procese au nevoie de mult timp - și în timp ce natura însăși purifică apa de la poluare, situația ecologică se deteriorează rapid.

concluzie

Metoda anaerobă a tratării apelor uzate are avantajele și dezavantajele sale. Pe de o parte, în procesul de curățare nu se formează o cantitate mare de nămol activat - ceea ce înseamnă că nu este necesară eliminarea. Pe de altă parte, metoda poate fi aplicată numai la concentrații scăzute ale substratului. Aproximativ 89% din energie este cheltuită pentru producția de metan, rata de creștere a biomasei este scăzută. Eficiența de curățare a metodei examinate este ridicată, dar în unele cazuri efluentul este încă purificat.

Purificarea biologică a apei: procese aerobe și anaerobe

Tratamentul biologic implică degradarea componentelor organice ale apelor uzate de microorganisme (bacterii și protozoare). În acest stadiu, mineralizarea apei uzate are loc, îndepărtarea azotului organic și a fosforului, scopul principal fiind reducerea BOD5 (necesarul biochimic de oxigen timp de 5 zile, necesar pentru oxidarea compușilor organici în apă). Conform standardelor existente, conținutul de substanțe organice în apa purificată nu trebuie să depășească 10 mg / l.

Atât organismele aerobe cât și cele anaerobe pot fi utilizate în bioremediere.

Degradarea substanțelor organice de către microorganisme în condiții aerobe și anaerobe este efectuată cu diferite balanțe energetice ale reacțiilor totale. Luați în considerare și comparați aceste procese.

Cu biooxidarea aerobă a glucozei, 59% din energia conținută în aceasta este folosită pentru creșterea biomasei și 41% pentru pierderea de căldură. Acest lucru se datorează creșterii active a microorganismelor aerobe. Cu cât concentrația substanțelor organice din efluentul tratat este mai mare, cu atât este mai mare încălzirea, cu atât este mai mare rata de creștere a biomasei microbiene și acumularea de nămol activ în exces.

C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O + biomasă microbiană + căldură

Odată cu degradarea anaerobă a glucozei cu formarea metanului, numai 8% din energie sunt cheltuite pentru creșterea biomasei, 3% sunt pierderi de căldură, iar 89% sunt transformate în metan. Microorganismele anaerobe cresc încet și au nevoie de o concentrație mare de substrat.

C6H12O6 -> 3CH4 + 3CO2 + biomasă microbiană + căldură

comunitate microbiană aerobă prezentate diferite microorganisme, în principal bacterii, diferite materii organice oxidantă, în majoritatea cazurilor, în mod independent unul de celălalt, deși oxidarea unor substanțe transportate de cooxidation (kometabolizm). Comunitatea microbiană aerobă a sistemelor de nămol activat pentru purificarea apei aerobe este reprezentată de o biodiversitate excepțională. In ultimii ani, cu noi tehnici mokulyarno biologie, în special eșantioane specifice ARNr, în nămolul activat indicat prezența genuri bacteriene Paracoccus, Caulobacter, Hyphomicrobium, Nitrobacter, Acinetobacter, Sphaerotilus, Aeromonas, Pseudomonas, Cytophaga, Flavobacterium, Flexibacter, Halisomenobacter, Artrobacter, Corynebacterium, Microtrix, Nocardia, Rhodococcus, Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, Staphylococcus. Se crede totuși că până în prezent nu au fost identificate mai mult de 5% din microorganismele implicate în tratarea aerului aerob.

Trebuie remarcat faptul că multe bacterii aerobe sunt anaerobe facultative. Ele pot crește în absența oxigenului în detrimentul altor acceptori de electroni (respirație anaerobă) sau fermentație (fosforilarea substratului). Produsele din activitatea lor sunt dioxid de carbon, hidrogen, acizi organici și alcooli.

Degradarea anaerobă a substanțelor organice în timpul metanogenezei se realizează ca un proces în mai multe etape în care trebuie implicate cel puțin patru grupe de microorganisme: hidrolitice, fermentatoare, acetogen și metanogeni. Microorganismele anaerobe există între strânsă comunitate și legături complexe având analogii în organisme multicelulare, deoarece datorită specificității substratului metanogene, dezvoltarea lor fără trofice din cauza bacteriilor etapele anterioare. La randul lor, metan arhaea, folosind substante produse de anaerobe primare, determina rata de reactii efectuate de aceste bacterii. Arhaiul metan al genurilor Methanosarcina, Methanosaeta (Metanothrix), Methanomicrobium și alții joacă un rol-cheie în degradarea anaerobă a substanțelor organice în metan. În absența sau absența descompunerii anaerobe se termină în stadiul de fermentație acidă și acetogenică, ceea ce duce la acumularea de acizi grași volatili, în principal ulei, propionic și acetic, pH scăzut și oprirea procesului.

Avantajul tratamentului aerobic este viteza mare și utilizarea substanțelor în concentrații scăzute. Dezavantaje importante, în special în tratarea apei uzate concentrate, sunt consumul ridicat de energie pentru aerare și problemele asociate cu tratarea și eliminarea unor cantități mari de nămol în exces. Procesul de aerobic este utilizat în purificarea apelor reziduale de porc municipale, industriale și unele cu COD nu mai mare de 2000. Se elimină dezavantajele menționate mai sus pot aerob tehnologii de tratare anaerobă preliminară a metodei concentrate de fermentare a apelor uzate metan, care nu necesită consum de energie pentru aerare și conjugat mai mult decât atât, pentru a forma o valoare energetică - metan.

Avantajul procesului anaerob este de asemenea o formare relativ minoră a biomasei microbiene. Dezavantajele includ incapacitatea de a îndepărta poluanții organici în concentrații scăzute. Dar pentru tratarea profundă a apei uzate concentrate, tratamentul anaerobic trebuie utilizat în combinație cu etapa aerobă ulterioară (Fig.1).

Fig. 1. Compararea bilanțurilor materiale și energetice ale metodelor de tratare a apei uzate aerobe și anaerobe

Alegerea tehnologiei și a caracteristicilor tratării apelor reziduale este determinată de conținutul de poluare organică în ele.

Tratarea apelor reziduale în condiții aerobe

Metode aerobe și anaerobe de tratare a apelor uzate biochimice sunt cunoscute. Metoda aerobă se bazează pe utilizarea grupurilor aerobe de organisme, pentru care activitatea vitală necesită un flux constant de oxigen și o temperatură de 20. 40 ° C. În timpul tratamentului aerobic, microorganismele sunt cultivate în nămol activat sau biofilm. Procesul de tratare biologică are loc în tancurile de aerare, în care sunt furnizate apă reziduală și nămol activat (figura 13.1).

Fig. 13.1. Schemă de instalare pentru tratarea biologică a apelor reziduale: 1 - clarificator primar; 2 - pre-aerator; 3 - aerotank; 4 - regenerator de nămol activ; 5 - rezervor secundar de decantare

Nămolul activat este format din organisme vii și un substrat solid. Comunitatea tuturor organismelor vii (acumulări de bacterii, protozoare, viermi, ciuperci de mucegai, drojdii, actinomycete, alge) care se ocupă cu praful se numește biocenoză.

Nămolul activat este un sistem coloidal amfoteric, având un pH 4 din 4. 9 încărcare negativă. Substanța uscată a nămolului activ conține 70% substanțe organice și 90% substanțe anorganice. Substratul de până la 40% din nămolul activat este o parte tare și moartă a reziduurilor de alge și a diferitelor reziduuri solide; organismele de nămol activ sunt atașate la acesta. În nămolul activ sunt microorganisme de diferite grupuri ecologice: aerobe și anaerobe, termofile și mezofile, halofile și halofobe.

Cea mai importantă proprietate a nămolului activ este capacitatea de a se stabili. Starea nămolului este caracterizată printr-un indice de nămol, care este un volum în mililitri ocupat cu 1 g de nămol în stare naturală după sedimentare timp de 30 de minute. Cu cât devine mai puțin noroi, cu atât este mai mare indicele de nămol. Nămolul cu un indice de până la 120 ml / g se depune bine, cu un indice de 120. 150 ml / g este satisfăcător și dacă indicele este peste 150 ml / g, este rău.

Biofilmul crește pe un material de umplutură biofilter, are aspectul de murdărire a mucoasei cu o grosime de 1,3 mm și mai mult. Se compune din bacterii, fungi, drojdii și alte organisme. Numărul de microorganisme din biofilm este mai mic decât în ​​nămolul activat.

Mecanismul oxidării biologice în condiții aerobe de către bacteriile heterotrofice poate fi reprezentat de următoarea schemă:

Reacția (13.1) simbolizează oxidarea poluării organice inițiale a apelor reziduale și formarea unei noi biomase. În apele reziduale tratate, substanțele oxidabile biologic rămân, în principal, într-o stare dizolvată, deoarece substanțele coloidale și nedizolvate sunt îndepărtate din apele reziduale prin metoda de sorbție.

Procesul de oxidare endogenă a substanței celulare, care apare după utilizarea unei surse externe de alimentare, descrie reacția (13.2).

Un exemplu de oxidare autotrofică poate fi procesul de nitrificare.

unde C5H7NU2 - simbol al compoziției materiei organice produse de celule microorganisme.

Dacă procesul de denitrificare este efectuat cu apă purificată biologic, practic lipsită de substanțele organice inițiale, atunci alcoolul metilic relativ ieftin este utilizat ca hrană cu carbon. În acest caz, reacția totală de denitrificare poate fi scrisă după cum urmează:

Toate reacțiile enzimatice prezentate aici sunt efectuate în interiorul celulei, pentru care bateriile necesare trebuie să intre în corp prin coajă. Multe dintre impuritățile organice originale pot avea dimensiuni prea mari ale particulelor comparativ cu dimensiunea celulei. În acest sens, un rol semnificativ în procesul de oxidare generală este atribuit clivării enzimatice hidrolitice a moleculelor mari și a particulelor care curg în afara celulei în mai mici, proporționale cu dimensiunea celulei.

În sistemele biologice aerobe, alimentarea cu aer (precum și oxigenul pur sau aerul îmbogățit cu oxigen) trebuie să asigure că prezența oxigenului dizolvat în amestec nu este mai mică de 2 mg / l.

Oxidarea în structuri nu merge întotdeauna până la capăt, adică înainte de formarea CO2 și H2A. În apă după tratamentul biologic, pot apărea produse intermediare care nu erau în apele uzate originale, uneori chiar mai puțin de dorit pentru rezervor decât contaminarea inițială.

Metoda anaerobă

Metodele anaerobe de purificare apar fără accesul la O2 (procesul de fermentare), ele sunt folosite pentru a neutraliza sedimentele. Procesele anaerobe apar în așa-numitele digestoare.

Methantank (rezervor metan + tanc englez)

fermentație

apele uzate constituind

închis rezervor echipat cu un dispozitiv de încălzire datorită arderii de metan eliberat.

Metoda anaerobă de purificare poate fi considerată ca fiind una dintre cele mai promițătoare în prezența unei concentrații ridicate în apele reziduale ale materiei organice sau în tratarea apelor reziduale menajere.

• Avantajul său față de metodele aerobe este o scădere bruscă a costurilor de exploatare (pentru microorganismele anaerobe, nu este necesară aerarea suplimentară a apei) și absența problemelor asociate cu eliminarea excesului de biomasă.

• Un alt avantaj al reactoarelor anaerobe este minim

cantitatea de echipament necesar funcționării normale a reactorului.

În același timp, plantele anaerobe emit produsul activității vitale a microorganismelor - metan, deci trebuie să monitorizați constant concentrația acestuia în aer.

Toate metodele de mai sus sunt utilizate doar până la un anumit nivel de concentrație a poluanților în apele uzate. Înainte de a arunca apa reziduală în rezervor, trebuie să treacă prin 3-4 etape de curățare. În plus, uneori în plus față de tratamentul biologic necesită ionizare sau radiații ultraviolete.

Figura 3. Schema de descompunere etapă

Când se transformă anaerob substraturile organice în metan sub influența microorganismelor, 4 etape de descompunere ar trebui implementate în mod consecvent. Grupele separate de poluanți organici (carbohidrați, proteine, lipide / grăsimi) în procesul de hidroliză sunt mai întâi transformate în monomeri corespunzători (zaharuri, aminoacizi, acizi grași). Mai mult, acești monomeri sunt transformați în acizi organici cu lanț scurt, alcooli și aldehide în timpul descompunerii enzimatice (acitogeneză), care sunt apoi oxidate în continuare la acid acetic, care este asociat cu producerea de hidrogen. Numai după aceasta vine rândul spre formarea de metan în stadiul metanogenezei. Împreună cu metanul, dioxidul de carbon se formează, de asemenea, ca produs secundar.

Excesul de nămol activ, așa cum sa menționat deja, poate fi prelucrat în două moduri: după uscare, ca îngrășământ sau într-un sistem de purificare anaerobă. Aceleași metode de curățare sunt utilizate în fermentarea apei reziduale foarte concentrate care conține o cantitate mare de materie organică. Procesele de fermentare se desfășoară în dispozitive speciale - metatică.

Descompunerea materiei organice constă în trei etape:

• dizolvarea și hidroliza compușilor organici;

În prima etapă substanțele organice complexe sunt transformate în acizi butiric, propionic și lactic. În a doua etapă acești acizi organici sunt transformați în acid uraniu, hidrogen, dioxid de carbon. În a treia etapă bacteriile care formează metan reduc dioxidul de carbon la metan cu absorbția de hidrogen. Conform compoziției speciilor, biocenoza metacenoză este mult mai săracă decât biocenozele aerobe.

Reactorii anaerobi sunt de obicei cisterne din beton armat sau metalice care conțin un echipament minim, în comparație cu reactoarele de curățare aerobă. Cu toate acestea, activitatea vitală a bacteriilor anaerobe este asociată cu eliberarea metanului, ceea ce necesită deseori organizarea unui sistem special de observații privind concentrația acestuia în aer.

Figura 4. Schema de lucru a digestorului

Structurally, digestorul este un rezervor cilindric sau mai puțin frecvent un dreptunghiular care poate fi complet sau parțial scufundat în pământ. Partea inferioară a digestorului are o înclinație semnificativă spre centru. Acoperișul digestorului poate fi rigid sau plutitor. În digestoarele acoperișului plutitor, pericolul unei creșteri a presiunii în volumul intern este redus.

Pereții și partea inferioară a digestorului sunt, de regulă, din beton armat.

Nămolul și nămolul activ intră în conducta de digestie de sus. Pentru a accelera procesul de fermentare, digestoarele sunt încălzite și conținutul este amestecat. Încălzirea se face cu un radiator de apă sau de abur. În absența oxigenului din substanțele organice (grăsimi, proteine, etc.) se formează acizi grași, din care se formează metan și dioxid de carbon în timpul fermentației ulterioare.

Nămolul fermentat cu umiditate ridicată este îndepărtat de pe fundul digestorului și trimis spre uscare (de exemplu, paturi de nămol). Gazul rezultat este evacuat prin conductele din acoperișul digestorului. De la un metru cub de sediment în digestor 12-16 metri cubi de gaz, în care aproximativ 70% este metan.

Tratarea apei reziduale anaerobe are anumite avantaje și dezavantaje:

• procesul nu produce mult exces de nămol activ, prin urmare, nu există probleme cu eliminarea acestuia;

• 89% din energia procesului se referă la producerea de metan;

• o astfel de metodă de curățare este posibilă numai la concentrații scăzute ale substratului;

• rata destul de scăzută a creșterii biomasei;

• echipament mai simplu comparativ cu curățarea aerobă.

Metoda de mai sus este aplicabilă atunci când concentrația anumitor poluanți nu depășește nivelul admisibil. În cele mai multe cazuri, este necesar să se efectueze trei sau patru etape de pre-tratare a apelor reziduale pentru a se obține conținutul necesar al anumitor substanțe. În plus, pentru a arunca apele reziduale care au fost deja tratate în rezervor după instalațiile de tratare biologică, adesea au nevoie de un tratament suplimentar (de exemplu, prin ozonare sau prin iradiere UV).

Avantajul tratamentului aerobic este viteza mare și utilizarea substanțelor în concentrații scăzute. Dezavantaje importante, în special în tratarea apelor reziduale concentrate, sunt consumul ridicat de energie pentru aerare și problemele asociate cu tratarea și eliminarea unor cantități mari de nămol în exces. Procesul aerobic este utilizat în tratarea apelor uzate menajere, a apelor reziduale industriale și porcine cu COD nu mai mari de 2000. Eliminarea acestor deficiențe ale tehnologiilor aerobe poate fi tratarea preliminară anaerobă a apei reziduale concentrate prin digestia cu metan, care nu necesită energie pentru aerare și este chiar asociată cu formarea unui agent de energie valoroasă - metan.

Avantajul procesului anaerob este de asemenea o formare relativ minoră a biomasei microbiene. Dezavantajele includ incapacitatea de a îndepărta poluanții organici în concentrații scăzute. Pentru tratarea profundă a apelor reziduale concentrate, tratamentul anaerob ar trebui utilizat în combinație cu etapa aerobă ulterioară. Alegerea tehnologiei și a caracteristicilor tratării apelor uzate este determinată de conținutul de poluare organică în ele.

Tratarea apei reziduale anaerobe

Într-o casă de țară pentru curățarea apelor uzate menajere se poate utiliza una din cele două metode - anaerobă sau aerobă. Ambele metode sunt biologice, deoarece microorganismele speciale sunt implicate în tratarea efluenților, trăind în mod natural în natură și poluarea organică reprezintă o sursă de hrană pentru ei. De ce sunt eficiente metodele biologice de curățare? Faptul este că apele uzate menajere conțin aproximativ 70% impurități organice și 30% impurități minerale. Tratamentul apei reziduale anaerobe are loc într-un mediu lipsit de oxigen. Când curățarea aerobă a apelor uzate pentru descompunerea efectivă a compușilor organici și chimici necesită un flux constant de oxigen.

Există un număr mare de tipuri diferite de bacterii anaerobe care, în materie organică saturată, organizează ceva de genul etapelor succesive de procesare, descompunere și asimilare a diferitelor substanțe și compuși. Atunci când există o concentrație insuficientă a oricărui tip de bacterii anaerobe, descompunerea fără oxigen încetinește și poate chiar să se oprească. Motivul devine de obicei diferiți compuși chimici și obiecte biologice care cad în chiuvetă și inhibă microflora.

procese biochimice în condiții anaerobe

Ce substanțe și obiecte nu pot fi aruncate și drenate într-un rezervor septic anaerob, pentru a nu afecta activitatea de canalizare autonome? Următoarele tipuri de alimente, plante și fructe, ciuperci, medicamente, pesticide, diverse substanțe chimice de curățare pe bază de clor, solvenți, acizi, alcalii, lichide care conțin alcool, apă de spălare după regenerarea filtrului, fragmente mari nu trebuie să intre în sistemul de tratare a apelor uzate de orice tip. metal și plastic, filme și fibre de plastic, păr de companie.

Respectarea acestor reguli este foarte importantă. Ceea ce ne pare inofensiv pentru noi poate fi o otravă mortală pentru creaturi mici. Atunci când aceste substanțe și obiecte solide intră în instalația de tratare a apelor reziduale, activitatea vitală a bacteriilor anaerobe și aerobe este inhibată, secvența complexă de transformări chimice este perturbată și se oprește tratamentul efluentului. Rezervorul septic, la fel ca stația de curățare profundă, se transformă într-un rezervor de stocare, adică într-un bazin obișnuit.

pe care nu le puteți arunca în stația de epurare septică și în stația de epurare a aerului

Supraîncărcarea rezervorului de decantare în rezervorul septic trebuie evitată. Datorită depășirii, secvența stabilită a etapelor de purificare este întreruptă, concentrația bacteriilor anaerobe scade, ca urmare, eficiența acestora scade. Din același motiv, apa reziduală din sistemul de scurgere și de drenaj nu poate fi trimisă în sistemul de tratare a apelor uzate. Un flux puternic de apă după ploaie va perturba cu ușurință funcționarea complexă, în mai multe etape a diferitelor tipuri de bacterii.

Depășirea rezervorului septic poate apărea datorită unei descărcări mari de apă reziduală sau datorită acumulării excesive de sedimente dense în fundul camerei. Volumul maxim de evacuare a salva este indicat în fișa tehnică a produsului. Din cauza lipsei de eficiență, tratarea anaerobă a apelor reziduale nu descompune complet componenta solidă. Ca rezultat, o mare parte nu este procesată de bacterii, ci pur și simplu se scufunde în fund, reducând volumul de lucru al camerei de primire. Din acest motiv, este necesar să se îndepărteze sedimentele din rezervorul septic la fiecare 1-3 ani. În caz contrar, sedimentul nu numai că va reduce volumul de lucru, dar va fi de asemenea compactat astfel încât să fie foarte greu să îl pompezi cu furtunul roții de colectare. Este necesar să se spală mai întâi masa compactată cu un curent de apă sub presiune înaltă.

pomparea sedimentelor solide dintr-un rezervor septic anaerob

Care este mașina asenizatorskaya? În primul rând, sedimentul formează o mulțime și are nevoie de transport pentru a-l transporta; în al doilea rând, lipsa eficienței purificării anaerobe nu distruge majoritatea microbilor patogeni, așadar sedimentele dintr-un rezervor septic nu pot fi folosite ca îngrășământ pentru o grădină. Sedimentul colectat trebuie îndepărtat la depozitele de deșeuri speciale, unde acesta va fi aruncat. Nociv pentru microorganismele de sănătate umană sunt extrem de diverse. Poate fi viruși, bacterii, ciuperci de mucegai, unele dintre ele fiind agenți cauzatori ai bolilor periculoase. Mașina de pompare a sedimentelor din rezervorul septic va necesita o plimbare liberă pe șantier. Luați acest lucru în considerare la planificarea teritoriului și plasarea clădirilor.

Atunci când alegeți un sistem autonom de canalizare bazat pe tehnologia anaerobă, aveți grijă să protejați toți rezidenții și vecinii dumneavoastră de contactul posibil cu scurgerile insuficient de limpezi. Rețineți că apa eliberată din rezervorul septic nu poate fi curățată mai mult de 60-70%. Conform standardelor sanitare, o astfel de apă este considerată poluată și nu poate fi drenată într-un șanț sau pe pământ - este necesară organizarea unui tratament suplimentar. Curățirea suplimentară se efectuează în sol, unde în mod natural trăiesc atât bacterii anaerobe cât și cele aerobe. În cazul în care solul de pe site-ul este nisip - considerați-vă norocos. Este suficient să se facă un puț de absorbție destul de compact (doar un cilindru fără fund), o dată în care din rezervorul septic apa va fi filtrată în pământ.

câmp de filtrare pentru soluri de lut

Dacă solul este lut, va trebui să construiți un câmp de filtrare. Dificultatea este că este destul de mare în dimensiune și structură complexă, o structură artificială cu țevi perforate la intrare, un sistem de ventilație, un geofabric și un strat gros de material filtrant (pietriș, piatră zdrobită, nisip). La fiecare câțiva ani, câmpul de filtrare trebuie să fie actualizat, deoarece își pierde proprietățile datorită silitării. Dacă este imposibil să se plaseze câmpul de filtrare sub punctul de drenaj al apei din rezervorul septic, apa este mai întâi aspirată într-un rezervor de stocare, de unde este alimentată de o pompă submersibilă de drenare până la locul de purificare a solului. În același timp, rezervorul septic anaerob își pierde caracterul volatil, deoarece pompa necesită conectarea la o priză electrică. Alegeți o locație pentru amplasarea rezervorului septic anaerob cât mai mult posibil din punctele de apă. Mai ales de la cei mici, cum ar fi un puț, un ac bine, un puț de nisip.

Pentru comparație: în instalațiile de tratare biologică profundă folosind metoda aerobă se formează foarte puțin sediment. Nu este necesar să apelați camionul de canalizare. O cantitate mică de sedimente este îndepărtată de proprietarul propriu-zis, folosind aerodromul încorporat. Bacteriile aerobe în condiții de aerare constantă curăță foarte bine canalele de scurgere. Ca urmare, nu numai că toți contaminanții dense sunt împrăștiați, dar conținutul de microorganisme patogene din sedimente nu depășește normele sanitare, iar sedimentul poate fi folosit ca îngrășământ în grădină.

Tratarea apei reziduale anaerobe este folosită nu numai în sectorul privat, ci și în industrie. În procesul de activitate vitală a bacteriilor anaerobe în efluent, compușii de carbon sunt oxidați și supuși unui proces de fermentare într-un mediu lipsit de oxigen. Rezultatul este oxizi de carbon și gaz metan. Având în vedere volumele mari de ape uzate industriale și mărimea stației de epurare, absența nevoii de aerare forțată simplifică și reduce costul procesului de tratare. Pe de altă parte, eficiența scăzută a tratării deșeurilor anaerobe face ca această metodă să nu fie universală. În unele cazuri, în funcție de compoziția apelor reziduale sau de volumul acestora, este necesar să se aplice o metodă aerobă mai eficientă cu aerare forțată.

reactorul anaerob utilizat în industria alimentară

Reactorul industrial anaerob conține colonii de bacterii fără oxigen, care sunt fixate pe purtători diferiți, astfel încât să nu fie spălați de un curent de lichid care trece. Biofilmele speciale, elementele tubulare din ceramică sau plastic, pietrișul etc. sunt utilizate ca suport pentru fixarea bacteriilor.

Tehnologiile moderne permit nu numai purificarea produselor reziduale, returnarea apei către ciclul de lucru, dar și extragerea compușilor chimici utili din apele reziduale. De exemplu, prin operarea unui reactor industrial anaerob, în ​​procesul de divizare a materiei organice, se produc dioxid de carbon și metan. Metanul poate fi colectat și utilizat ca sursă de energie.

În ce domenii de activitate se utilizează tratarea anaerobă a apelor reziduale? Celuloză și hârtie, produse farmaceutice, producția de zahăr, alimente, instalații de prelucrare a cărnii, fabricarea berii. În unele cazuri, în funcție de compoziția deșeurilor industriale lichide, tratarea anaerobă a apelor reziduale poate fi o sursă de formare a îngrășămintelor organice valoroase sau a materiilor prime pentru prelucrare ulterioară. De exemplu, pentru a obține proteine ​​și substanțe biologic active.

Tratarea apelor uzate aerobe

Tratarea apelor reziduale aerobe în condiții artificiale

Acest tip de tratament biologic se efectuează folosind nămol activat. Se compune din bacterii (oxidante, nitrificatoare, denitrificatoare), protozoare (ciliate, flagelite, sarcodia) și animale microscopice (rotifere).

Procesul de oxidare biologică poate fi împărțit în două faze: sorbția poluării organice a apelor uzate pe suprafața nămolului activat; oxidarea substanței sorbate, însoțită de restabilirea capacității de sorbție a microflorei.

În funcție de gradul de oxidare a impurităților în apele uzate, există un tratament biologic complet și incomplet. Apa complet purificata are un BOD. = 10-15 mg O2 / l. Pentru apele uzate care au suferit un tratament incomplet, BODpol. = 60-80 mg O2 / l. [1]

Procesul activității biologice este influențat de compoziția apelor reziduale prin poluare, prezența elementelor biogene, mărimea încărcării nămolului activat prin poluare, pH-ul apelor uzate, temperatura acestora, concentrația oxigenului dizolvat în apele uzate. Compoziția apelor uzate este unul dintre principalii factori care afectează eficacitatea tratamentului biologic. Prezența substanțelor toxice în apele uzate face dificilă funcționarea nămolului activ. Efectele toxice asupra proceselor biologice pot avea atât substanțe organice, cât și substanțe anorganice. Efectele toxice pot fi microbiostatice (întârzierea creșterii nămolului) și microbicidă (umed activ nămol). Cele mai multe substanțe chimice prezintă un fel de acțiune în funcție de concentrația lor în apa curată. Trebuie remarcat faptul că unele elemente care sunt organogene ale celulei, la concentrații ridicate, devin și ele toxice. Prin urmare, atunci când se efectuează un tratament biologic, este necesar să se cunoască MPC pentru substanțele chimice individuale prezente în apele uzate. Valoarea MPCbos ia concentrația maximă de substanță toxică în apă și nu are un efect negativ semnificativ asupra activității instalațiilor biologice de tratare a apelor uzate (MPCbos)

Nutrienți. Pentru existența normală a microorganismelor și, în consecință, pentru un proces eficient de purificare a apei, trebuie să existe o concentrație suficient de ridicată a tuturor principalelor substanțe nutritive ale carbonului organic în mediu, a căror cantitate este estimată prin cantitatea de BOD, ape reziduale, fosfor și azot.

În plus față de aceste elemente, pentru funcționarea microorganismelor, sunt necesare și alte elemente în cantități nesemnificative: Mn, Cu, Xn, Mo, Se, Mg, Co, Ca, Na, K, Fe etc.

Conținutul acestor elemente în apele naturale din care se formează ape reziduale este suficient pentru a satisface pe deplin cerințele schimbului bacterian.

Azotul și fosforul în efluenții industriali nu sunt de obicei suficienți și se adaugă în mod artificial sub formă de superfosfat, acid ortofosforic, fosfat de amoniu, sulfat, nitrat sau clorură de amoniu, uree etc.

Adecvarea nutrienților pentru bacteriile din apele uzate este determinată de raportul BOD: N: P. Pentru viața normală a microorganismelor: N: P = 100: 5: 1. Pentru apele uzate menajere acest raport este de 100: 20: 2,5. În acest sens, recomandă curățarea în comun a apelor uzate menajere și industriale.

Sarcina asupra poluării cu nămol activ. Se calculează pe 1 m3 de stație de tratare a apelor reziduale sau mai des pe 1 g de biomasă uscată. Adesea, ele utilizează valorile de încărcare BOD, dar în unele cazuri ele calculează valoarea încărcării pentru fiecare poluant.

În funcție de gradul de încărcare a nămolului activ, sistemele de aerare sunt împărțite prin poluare în încărcare ridicată, încărcare clasică și joasă. În sistemele cu încărcătură mare (cu o încărcătură de peste 400 mg BOD pe 1 g de nămol de substanță fără cenușă pe zi) comparativ cu alte sisteme, creșterea nămolului este cea mai mare, gradul de purificare este cel mai mic și nămolul conține un număr mic de protozoare.

Sistemele clasice (cu o încărcătură de 150 până la 400 mg BOD completate per g de nămol de substanță fără cenușă pe zi) asigură un grad foarte înalt de purificare a BOD, uneori nitrificarea parțială. Ei au nămol bine înfundat, populat de un număr mare de microorganisme din diferite grupuri. Creșterea nămolului în astfel de sisteme este mai mică decât maximul datorat proceselor destul de profunde de oxidare endogenă. Sistemele cu încărcare scăzută (cu o încărcătură sub 150 mg BOD completează 1 g de materie de nămol fără cenușă pe zi) au un grad de purificare BOD fluctuant, dar mai frecvent unul mai înalt. În aceste sisteme, procesul de nitrificare este profund dezvoltat, creșterea nămolurilor este minimă, populația microbiologică a nămolului este foarte diversă.

Ape uzate PH. Concentrația ionilor de hidrogen (pH) în apele uzate afectează în mod semnificativ dezvoltarea microorganismelor. O proporție semnificativă de bacterii se dezvoltă într-un mediu neutru sau aproape neutru. Tratamentul biologic este cel mai eficient dacă pH-ul nu depășește limitele de la 5,5 la 5,8. Abaterea de la acest interval duce la o scădere a vitezei de oxidare datorată încetinirii proceselor metabolice în celulă, permeabilității depreciate a membranei citoplasmatice etc. Dacă valoarea pH-ului nu depășește valorile admise, este necesar să se corecteze acești parametri în apele uzate care intră în instalația de tratare biologică.

Temperatura apei reziduale Temperatura optimă pentru procesele aerobe care apar în instalația de tratare a apelor reziduale este de 20-30 ° C, în timp ce biocenoza, în alte condiții favorabile, este reprezentată de cele mai diverse microorganisme.

Dacă regimul de temperatură nu corespunde celui optim, atunci creșterea culturii, precum și procesele metabolice din celulă scad considerabil.

Cel mai negativ impact asupra dezvoltării culturii are o schimbare bruscă a temperaturii. Prin curățarea aerobă, efectul de temperatură este exacerbat de o modificare corespunzătoare a solubilității oxigenului. Bacteriile sunt foarte sensibile la temperatură, nitrofilatoarele, activitatea lor ridicată fiind observată la o temperatură nu mai mică de 25 ° C. În calculele tehnice, formulele din documentele de reglementare relevante sunt utilizate pentru a estima efectul temperaturii asupra vitezei proceselor.

Modul oxigen. În sistemele biologice aerobe, alimentarea cu aer trebuie să asigure prezența continuă a oxigenului solubil în amestec (cel puțin 8 mg / l). Sistemul aerobic în sine poate funcționa cu un nivel mai scăzut al oxigenului (până la 1 mg / l). Nu există o scădere a ratei de utilizare a substanțelor organice și a ratei proceselor de nitrificare. Cu toate acestea, datorită faptului că, în timpul separării nămolurilor de apă din clasele secundare până la 1-2 mg / l de oxigen solubil este pierdut, nivelul minim al oxigenului dizolvat este stabilit la 2 mg / l. Această valoare vă permite să excludeți șederea prelungită a nămolului în condiții aerobe. Pe lângă factorii de mai sus, vârsta biologică și calitatea nămolului, estimată prin indicele de nămol, influențează tratamentul biologic aerobic.

Vârsta nămolului B, zile, se numește durata șederii în tancurile de aerare și se determină prin formula:

unde este volumul aeronavei, m 3;

- concentrația nămolului în aerotanks, mg / l;

- creșterea nămolului, mg / l;

- volumul apelor uzate tratate pe zi, m 3 / zi.

Pentru o curățare satisfăcătoare, vârsta nămolului nu trebuie să depășească 6-7 zile. Un indicator al calității nămolului activat este capacitatea acestuia de precipitare, care este estimată prin valoarea indicelui de nămol. Sub indicele de nămol înțelegeți volumul de 1 g de nămol (substanță uscată) după 30 de minute de sedimentare. Tratamentul biologic aerobic în condiții artificiale poate fi efectuat în: rezervoare de aerare; biofiltre. [1]

Aerotank sunt tancuri din beton armat, echipate cu dispozitiv de aerare. Procesul de curățare din rezervorul de aerare se realizează prin aerarea continuă a amestecului de apă purificată și a nămolului activ care curge prin acesta. Aerarea se efectuează pentru a furniza amestecului oxigen și pentru a menține nămolul suspendat. Amestecul de ape uzate și nămolul activat este aerat timp de 6 până la 12 ore, după care este trimis în rezervoarele de sedimentare secundare, unde se depozitează nămol. Nămolul activat este returnat în rezervorul de aer și amestecat cu noi porții de apă netratată. Ca rezultat al reproducerii continue a microorganismelor, cantitatea de nămol este în continuă creștere. Excesul de nămol este eliminat din sistemul aerobic, compactat într-un compactor de nămol și trimis pentru prelucrare ulterioară. În funcție de condițiile hidrodinamice de lucru ale aeronavei, acestea sunt împărțite în rezervoare de aer - propulsoare, rezervoare de aer - mixere și aero-tancuri de tip intermediar cu intrare dispersată a apei; de numărul de coridoare din tancurile de aerare - cu unul și cu mai multe coridoare; prin prezența unui regenerator - cu un regenerator și fără regenerator; conform metodei de alimentare cu aer - aeronavelor cu ventilație pneumatică, mecanică și mixtă. Calculul aeronavelor include determinarea: volumului total al aerotankului, m 3; durata aerării, h; consumul de oxigen sau de aer pentru întreg aerotank, kg / kg; numărul necesar de aeratoare; calcularea canalelor de aer și selectarea echipamentelor; calculul rezervoarelor de sedimentare secundare. Filtrele biologice sunt structuri în care apa reziduală este curățată prin filtrarea printr-un strat de încărcare grosieră, suprafața căreia este acoperită cu un film biologic format din organisme aerobe.

Toate tipurile de materii prime utilizate în biofiltru pot fi împărțite în vrac și planar. Aerarea biofilterului poate fi naturală - prin aer provenind de la suprafață și de jos prin drenaj și artificial - prin introducerea în stratul de încărcare. Prin performanță, biofiltrele sunt împărțite în picături și încărcături mari. Atunci când se curăță efluentul puternic poluat cu un BOD ridicat, pentru a intensifica spălarea prin filtrare, utilizați modul de recirculare, adică reveniți la partea filtrată a apei purificate. Calculul biofiltrelor constă în determinarea volumului materialului de alimentare, mărimea elementelor sistemelor de distribuție a apei și a dispozitivelor de drenare și calcularea rezervoarelor secundare de decantare. Biofiltrele cu picurare (percolator) se caracterizează printr-o încărcătură de apă de maximum 0,5 - 1 m 3 pe 1 m 3 de filtru, înălțimea filtrului nu depășește 2 m. Dimensiunea fracției stratului de încărcare de lucru variază între 12 și 25 mm. aerarea aerului. Biofiltrele pentru picurare trebuie utilizați pentru curățarea apelor reziduale în cantități de cel mult 1000 m3 / zi. În practica domestică, aerofiltrele sunt numite încărcături mari, lucru care crește de mai multe ori în comparație cu sarcina de scurgere a apei. Drept rezultat, îndepărtarea din biofilter a poluării greu oxidabile și a particulelor filmului moartă este îmbunătățită, iar oxigenul este utilizat mai mult pentru oxidarea restului de poluare. Înălțimea filtrelor de aer este de obicei de 3-4 m. Filtrele chiar mai mari (9-18 m) sunt numite filtre turn. Utilizarea sursei de aer artificiale îmbunătățește procesele oxidative într-un biofilter cu încărcare ridicată. Schemele de tratament biologic aerobic sunt prezentate în Figura 1.1. Alegerea unei scheme de purificare se realizează conform tabelului 1. În funcție de condițiile specifice, împreună cu schemele tipice, pot fi utilizate soluții tehnologice originale, inclusiv o abordare diferențiată a purificării fluxurilor individuale de apă uzată ale unei întreprinderi.

Tabelul 1 - Concepte recomandate privind tratarea biologică a apelor reziduale [1]

Efectul curățării pe BOD5. %

Numerele schemelor aplicate conform Figura 1 la BOD5 apa uzată care intră în tratament, g / m 3

PROCESE DE PURIFICARE A APELOR AEROBICE

În condiții aerobe, faza lichidă a apelor reziduale este purificată, aceste procese se efectuează în aerotonve, biofiltre de diferite modele, câmpuri de irigare și câmpuri de filtrare. Aceste structuri sunt diferite în ceea ce privește designul tehnic, dar toate sunt proiectate să utilizeze procesul aerobic oxidat.

FILTRE BIOLOGICE - este o structura formata din corpul lor, dispozitive de incarcare si distributie a apei uzate si a aerului.

În acestea, apa reziduală este filtrată printr-un strat de încărcare, acoperit cu un strat de microorganisme, care este crescut pe încărcarea filtrului în timpul perioadei de pornire. Componentele principale ale biofilmului sunt populația microbiană. Biocenoza filmului include alge, protozoare, larve de insecte, bug-uri, viermi, ciuperci și bacterii.

Toate microorganismele sunt implicate în tratarea apelor reziduale. Bacteriile mineralizează materia organică, folosindu-le ca sursă de hrană și energie, protozoarele se hrănesc cu bacterii, algele emit oxigen și producția volatilă. Viermii sparg pasajele dintre particulele de incarcare. slăbiți pelicula biologică și astfel facilitați accesul la oxigen. În plus, viermii, consumând substanțe organice, digeră și descompun o serie de compuși persistenți - chitină și fibră. Astfel, materia organică este îndepărtată din apele uzate, iar masa biofilmului activ este mărită. Biofilmul uzat este spălat de lichidul rezidual care curge și este îndepărtat din biofilter.

Deoarece biofiltrele de încărcare utilizează materiale cu porozitate ridicată, densitate scăzută și o suprafață specifică mare (zgură, piatră sfărâmată, pietricele).

Curățarea completă pe biofiltre nu este realizată.

AEROTENKS - rezervoare rectangulare armate, adâncime de 3-6 metri.

Când aerotankul este în funcțiune, lichidul rezidual sub aerare, amestecat cu nămol activ care constă într-o colecție de microorganisme, trece încet prin el. Alimentarea cu aer se efectuează prin mașini de suflat cu aer. Aerarea promovează un contact mai mare al nămolului activat cu apele uzate contaminate.

Oxidarea biologică în aerotank are loc în două etape. Prima este sorbția poluării, a doua este oxidarea directă a poluării apelor uzate.

Biocenoza nămolului activat se dezvoltă în condiții de procese aerobice oxidative pronunțate. În plus față de bacteriile unicelulare, bacteriile filamentoase, drojdia și ciupercile se dezvoltă în nămolul activat. Microfauna este reprezentată de protozoare, rotifere, viermi rotunzi, animale cu o singură celulă. În timpul funcționării normale a echilibrului aerotank este stabilită între toți membrii microflorei și microfauna. Încălcarea acestui echilibru indică deteriorarea instalațiilor de tratare, deoarece schimbarea compoziției numerice a populației microbiene în nămolul activ este asociată cu o schimbare a proprietăților fizico-chimice ale lichidului rezidual tratat. Motivele pentru întreruperea aerotankului. sunt: ​​supraîncărcarea instalațiilor de tratare a apelor reziduale cu substanțe organice, formarea zonelor anaerobe, lipsa elementelor biogene, o schimbare bruscă a temperaturii sau a pH-ului, ingestia de substanțe toxice în apa tratată.

Următoarele modificări se produc în lichidul rezidual curățat în aerotanks:

1. o scădere a concentrației de contaminanți datorită diluării cu un nămol activat de transport al lichidului

2. adsorbția poluării pe nămolul activat (prima fază de oxidare)

3. scăderea treptată a conținutului de substanțe organice dizolvate în apă și adsorbite pe nămol activat (a doua fază de oxidare)

Principalii mineralizatori ai materiei organice în aerotanci sunt bacteriile. Sarkodovye, care hrănește cu particule de praf, traduce o serie de substanțe complexe în cele mai simple. Infuzoria și alte protozoare îndeplinesc rolul autorităților de reglementare a dezvoltării bacteriilor și, prin urmare, creează condiții favorabile pentru procesul de mineralizare.

Înainte de deversarea apelor reziduale tratate în iaz, acestea trebuie să fie dezinfectate, deoarece Aerotanele nu pot garanta eliminarea completă a agenților patogeni.

Metodele aerobe de tratare biologică pot avea loc, de asemenea, în condiții naturale - în iazuri biologice, în câmpuri de irigare și câmpuri de filtrare.

Tratarea apelor uzate aerobe

Metoda aerobă se bazează pe utilizarea microorganismelor aerobe, pentru care activitatea vitală necesită un flux constant de oxigen și o temperatură în intervalul de 20-40 ° C. În timpul tratamentului aerobic, microorganismele sunt cultivate în nămol activat sau sub formă de biofilm. Nămolul activat este format din organisme vii și un substrat solid. Organismele vii sunt reprezentate de bacterii, protozoare, ciuperci și alge. Biofilmul crește pe un material de umplutură biofilter și are aspectul de murdărire a mucoasei cu o grosime de 1-3 mm și mai mult. Un biofilm constă din bacterii, ciuperci de protozoare, drojdii și alte organisme.

Curatarea aerobica are loc atat in conditii naturale, cat si in structuri create de om.

Curățarea în condiții naturale are loc în câmpurile irigate, câmpurile de filtrare și iazurile biologice. Câmpurile de irigare sunt zone special pregătite pentru tratarea apelor uzate și pentru scopuri agricole. Curățarea are loc sub acțiunea microflorei solului, a soarelui, a aerului și sub influența plantelor. În solul câmpurilor de irigare sunt bacterii, drojdii, alge, protozoare. Apele uzate conțin în majoritate bacterii. În biocenozitățile mixte ale stratului activ de sol, apar interacțiuni complexe ale microorganismelor, ca urmare a faptului că apa reziduală este eliberată de bacteriile conținute în ea. Dacă culturile nu sunt cultivate în câmpuri și sunt destinate numai tratării biologice a apelor uzate, atunci acestea se numesc câmpuri de filtrare. Iazurile biologice sunt o cascadă de iazuri formate din 3... 5 pași prin care curge apă curată sau biologică purificată la o viteză mică. Aceste iazuri sunt destinate pentru tratarea biologică a apelor reziduale sau pentru purificarea apelor reziduale în combinație cu alte stații de tratare a apelor reziduale.

Principalele structuri ale tratamentului biologic aerobic artificial cu nămol activ sunt aerotanele. Aerotank lucrează într-o pereche cu un rezervor secundar de decantare, unde separarea apei reziduale tratate are loc la ieșirea din aerotank și suspensia de nămol activat. În acest caz, o parte din nămol este îndepărtată din sistem, iar o parte este returnată în rezervorul de aerare pentru a crește productivitatea și pentru a reduce cantitatea de nămol în exces. În funcție de gradul de contaminare și de volumul apei reziduale, se utilizează compoziția contaminanților și condițiile de purificare, diverse moduri hidrodinamice de organizare a debitului de apă, circulația acesteia, furnizarea de nămol activ returnabil și aerare. Concentrațiile de lucru ale nămolului activ în aeronavele sunt 1-5 g / l (substanță uscată), cu un timp de rezidență al apei reziduale în sistem de la câteva ore până la câteva zile. Pentru curățarea în rezervorul de aerare este adesea necesar să se alimenteze suplimentar substanțele nutritive, în special azot și fosfor. Cu lipsa eficienței de curățare, eficiența acestora este redusă.

Instalațiile biologice de purificare cu nămol activ includ, de asemenea, oxitopi (cu aerare cu aer îmbogățit cu oxigen sau oxigen pur), rezervoare de filtrare (cu separarea nămolului activ și a apei uzate prin filtrare), canale de oxidare (cu circulația apei reziduale și sisteme de aerare de suprafață) sub formă de arbori sau coloane pentru creșterea presiunii apei).

Din sistemele de curățare aerobă cu biofilm, cel mai adesea se utilizează biofiltri - structuri cu încărcătură, pe suprafața cărora se dezvoltă biofilmul microorganismelor. Cel mai simplu biofilter este un strat de material filtrant (încărcare), turnat la un unghi de repaus, irigat cu apă uzată. Sarcina poate fi realizată sub formă de blocuri detașabile separate din materiale rigide sau flexibile din plastic, din manșoane rigide etc. Spre deosebire de rezervoarele de aerare, biofiltrele funcționează fără rezervoare secundare.

O poziție interstițială între structurile cu nămol activ și cu un biofilm este ocupată de biotențiali, combinând avantajele ambelor aero-tancuri și biofiltre. În biotanele cu aerare a lichidului, cu nămol activat și încărcarea diferitelor materiale, lichidul cu nămol circulă și aeruează în golurile dintre încărcare. Ca rezultat al formării biofilmului pe suprafața de încărcare, concentrația medie a amestecului de nămol depășește concentrația în tancurile de aerare.

Într-un biotissor bio-adsorbant modern, sorbția de contaminanți pe suprafața încărcării, de exemplu, pe bază de carbon activat, este combinată cu biopurificarea. La curățarea poluării, toxinele sunt adsorbite de cărbune, în timp ce în sistem, pe de o parte, efectul inhibitor al substanțelor toxice asupra biocenozelor scade și, pe de altă parte, la concentrații scăzute de substraturi în apele reziduale din stratul adiacent la suprafața carbonului activ, concentrațiile locale cresc și accelerează descompunerea substratului. În același timp, cărbunele sunt regenerate biologic. Curățarea cu adsorbție bio poate fi utilizată pentru a elimina impuritățile organice, precum și pentru a elimina metalele grele și radionuclizii din apele uzate.

O altă modificare a biotankului este un reactor cu pat fluidizat (cu un strat suspendat), în care curățarea este intensificată datorită suprafeței specifice mari a suportului pe care sunt atașate microorganismele și vitezei ridicate de transfer de oxigen. Concentrația biomasei în reactor atinge 40 g / l, productivitatea este de 5-10 ori mai mare decât în ​​tancurile de aerare, procesul este mai stabil în timpul supraîncărcării și mai puțin sensibil la poluarea toxică a apelor reziduale.

Excesul de nămol activ și biofilm din instalațiile de tratare biologică sau din apele reziduale netratate poate fi redirecționat către paturi de nămol (hărți de nămol), câmpuri de irigare și câmpuri de filtrare. Nămolurile sunt destinate depozitării și prelucrării nămolurilor activate și a biofilmelor din stațiile de tratare a apelor uzate.