Взвешенные вещества – количество примесей, которое задерживается на бумажном фильтре при фильтровании пробы. Оседающие вещества – часть взвешенных веществ, оседающих на дно отстойного цилиндра за 2 часа отстаивания. В среднем в бытовые стоки поступает 65 гр. взвешенных и 30…35 гр. оседающих веществ на человека в сутки. Сухой остаток – количество загрязнений, остающееся после выпаривания пробы при 105°С. Концентрация ионов водорода – выражается величиной pH. Городские стоки обычно имеют слобощелочную реакцию среды pH = 7,2…7,8. Коли-титр – наименьшее количество воды, в котором содержится 1 кишечная палочка Escherichia сoli. Этот показатель косвенно характеризует зараженность воды патогенными микроорганизмами. Органолептические (цвет, вид, запах, прозрачность, мутность), оптическая плотность, температура. Показатели загрязненности сточных вод
Химическое потребление кислорода (ХПК) - Количество кислорода, потребляемое при химическом окислении содержащихся в воде органических и неорганических веществ под действием окислителей (ГОСТ 17403-72). Правила охраны поверхностных вод (1991) устанавливают норматив ХПК для водоемов и водотоков в местах хозяйственно-питьевого водопользования - не более 15 мгО 2 /л и в местах коммунально-бытового водопользования - не более 30 мгО 2 /л. Биохимическое потребление кислорода (БПК) - показатель загрязнения воды органическими соединениями, определяемый количеством кислорода, пошедшим за установленное время (обычно 5 суток - БПК5) в аэробных условиях на окисление загрязняющих веществ, содержащихся в единице объема воды. Как правило, в течение 5 суток при нормальных условиях происходит окисление ~ 70% легкоокисляющихся органических веществ; практически полное окисление (БПКполн или БПК20) достигается в течение 20 суток. Для источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения (ГОСТ 17.1.3.03-77) и водных объектов, используемых в рыбохозяйственных целях, БПКполн не должно превышать 3 мг О 2 /л.
БПК – количество кислорода в миллиграммах, требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в аэробных условиях, без доступа света, при 20°С, за определенный период в результате протекающих в воде биохимических процессов. Полным биохимическим потреблением кислорода (БПК п ) считается количество кислорода, требуемое для окисления органических примесей до начала процессов нитрификации. а – легкоокисляющиеся («биологически мягкие») вещества – сахара, формальдегид, спирты, фенолы и т.п.; в – нормально окисляющиеся вещества – нафтолы, крезолы, анионогенные ПАВ, сульфанол и т.п.; с – тяжело окисляющиеся («биологически жесткие») вещества – неионогенные ПАВ, гидрохинон и т.п.
Особенностью биохимического окисления органических веществ в воде является сопутствующий ему процесс нитрификации, искажающий характер потребления кислорода Нитрификация протекает под воздействием особых нитрифицирующих бактерий – Nitrozomonas, Nitrobacter и др. Эти бактерии обеспечивают окисление азотсодержащих соединений, которые обычно присутствуют в загрязненных природных и некоторых сточных водах, и тем самым способствуют превращению азота сначала из аммонийной формы в нитритную, а затем и нитратную формы. Соответствующие процессы описываются уравнениями: где: Q – энергия, высвобождающаяся при реакциях. В качестве ингибитора применяют тиомочевину (тиокарбамид), который вводят в пробу либо в разбавляющую воду в концентрации 0,5 мг/мл
Схема очистки сточных вод
Результат биологической очистки рН -7.6 Взвешенные вещества -7.4 мг/л БПКполн - 8.8 мг/л ХПК -75 мг/л Растворённый кислород -5.9 мг/л Азот аммонийный -2.23 мг/л Азот нитритов -0.14 мг/л Азот нитратов -10.46 мг/л Схема очистки сточных вод Блок механической очистки: Приемная камера Решетки для удаления твердых отходов Песколовки Блок аэробной очистки (1-я ступень): Аэротенк 1-й ступени Вторичный отстойник Стабилизатор осадка Блок глубокой очистки (2-я ступень): Аэротенк 2-й ступени с каркасной загрузкой из волокнистых материалов Третичный отстойник Блок обеззараживания стоков Блок вспомогательного оборудования: Воздуходувное оборудование Насосы подачи стоков Обеззараживание стоков может осуществляться Хлорированием Озонированием Обработкой УФ-лучами Другими современными технологиями
Степень загрязнения (классы водоемов) БПК 5, мг O 2 /дм 3 Очень чистые 0,5-1,0 Чистые 1,1-1,9 Умеренно загрязненные 2,0-2,9 Загрязненные 3,0-3,9 Грязные 4,0-10,0 Очень грязные 10,0 ХПК, мг О/дм 3 1 2 3 4 5-15 >15 Показатели очистки Поступление Выход БПК п, мг О 2 /л 150 –320 3 В.В., мг/л 100 – 300 3 – 5 NH 4 + (N), мг/л 12 – 14 0,5 NO 2 – (N), мг/л – 0,3 NO 3 – (N), мг/л – 3 – 4 P 2 O 5 (P), мг/л 7 – 8 0,2 pH 6,5 – 8,5 6,5 – 8,5 Температура сточной воды,.град. С Не ниже +8 –
Современные очистные установки относятся к сооружениям с искусственными методами биологической очистки, воспроизводящими процессы самоочищения в почвенных условиях (установки с биофильтрами), в водоемах (аэрационные установки с активным илом), в анаэробных условиях. Метантенк аэробные анаэробные
Дисперсные бактерии Нитчатые водоросли Zoogloea ( Z.rmigera) Нитчатые тионовые бактерии Нитчатые бактерии Бактерии флоккулированные в хлопьях ила Сапрофитные грибы Бесцветные жгутиковые Мелкие голые амёбы Мелкие раковинные амёбы Крупные раковинные амёбы Свободноплавающие инфузории (крупные формы) Брюхоресничные инфузории Коловратки (Представитель этого типа Ascomorpha minima — самое мелкое многоклеточное животное, размер его составляет около 40 микрон) Нематоды (черви – паразиты растений) Прикреплённые инфузории Малощетинковые черви Брюхоресничные черви Сосущие инфузории Тихоходки (тип микроскопических беспозвоночных, близких к членистоногим). Коловратки хищные Хищные грибы (пожирают нематод) Активный ил – естественно возникший биоценоз в аэротенках и биофильтрах. Биоценоз – естественное сообщество организмов, объединенное естественной средой обитания.
Коловратки способны переносить длительное высыхание и замораживание. На снимке — антарктическая бделлоидная коловратка Philodina gregaria, оттаявшая и ожившая после многих лет пребывания во льду. Фото с сайта www.micrographia.com
Активный ил – естественно возникший биоценоз в аэротенках и биофильтрах. Биоценоз – естественное сообщество организмов, объединенное естественной средой обитания.
1-аэротенк; 2-циркулирующий активный ил; 3-вторичный отстойник; 4-воздух Аэробная очистка в аэротенке Аэротенк - искусственное сооружение в виде проточного резервуара для биологической очистки сточных вод от органических загрязнений путем окисления их микроорганизмами, находящимися в аэрируемом слое.
19 Биотехнологические методы переработки городских стоков Схемы аэротенков (Дж. Бест, 1988) А эротенк вытеснения А эротенк смешения А эротенк с рассредоточенной подачей сточной воды и регенерацией активного ила Активный ил Очищаемая вода воздух Иловая смесь Очищаемая вода Очищенная вода Воздух Избыточный активный ил Активный ил Очищаемая вода Воздух Иловая смесь
Конусовидный аэратор
Сток в аэротенке первой ступени Сток в третичном отстойнике (заключительная стадия очистки)
1 — продувочный трубопровод: 2, 5 — задвижки с электроприводом; 3 — электродвигатель; 4 — турбоаэратор; 6 — герметичное перекрытие; 7 — трубопровод для подачи кислорода; 8 — вертикальные стержни; 9 — сборный лоток; 10 — трубопровод для сброса избыточного ила; 11 — резервуар: 12 — окна для перепуска иловой смеси из зоны аэрации в илоотделитель; 13 — цилиндрическая перегородка: 14 — скребок: 15 —окна для перепуска возвратного ила в зоне аэрации: 16 —зона аэрации; 17 — трубопровод для подачи сточной воды в зону аэрации; 18 — илоотделитель; 19 — трубопровод для выпуска очищенной воды.
Биофильтр - сооружение, в котором сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биопленкой, образованной колониями микроорганизмов. Фильтр состоит из фильтрующей загрузки (1); водораспределительного устройства (2); дренажного устройства (3) для удаления очищенной воды; вентиляции (4), с помощью которой поступает необходимый для окисления воздух. Аэробная очистка в биофильтрах
Ультрафильтрация – это баромембранный процесс, заключающийся в том, что жидкость под давлением «продавливается» через полупроницаемую перегородку. Размер пор ультрафильтрационных мембран лежит в пределах от 5 нм до 0,05–0,1 мкм.
Процессы деструкции органических субстратов БИОПОЛИМЕРЫ (углеводы, липиды, белки) Органические кислоты, спирты, NH 3, CO 2, H 2 Ацетат, формиат, H 2, CO 2 CН 4 +СО 2
. Фото 3: Анаэробные очистные сооружения для химической промышленности
34 Принципы биологических методов аэробной и анаэробной переработок отходов Анаэробные методы переработки отходов сельскохозяйственных производств Двухкамерный септиктенк : 1 – регулятор, 2 – отражатель, 3 – напорный трубопровод, 4 – уклон 1:4 (К. Форстер, 1990)
35 Типы установок для очистки сточных вод пищевой промышленности: а – анаэробный биофильтр; б – установка с винтовым насосом для перемешивания; в – высокоскоростной реактор Коулзерда Принципы биологических методов аэробной и анаэробной переработки отходов (Дж. Бест и др., 1988) Вход Углекислый газ Биогаз Радиальная опорная балка Емкость из полимерной пленки Изолирующая панель Стальная сетка Арматура Теплообменник Изолирующая пленка Бетонный кольцевой фунднт Выход жидкости Выход теплоносителя Вход жидкости Выход К теплообменнику Газ а б в
36 Биотехнологические методы переработки городских стоков Промышленные биофильтры и аэротенки Биопленка, формирующаяся на поверхности фильтрующего слоя биофильтра, представляет собой сложную экологическую систему (К. Форстер, Д. Вейз, 1990)
37 Промышленные биофильтры и аэротенки Схема биофильтра (М. С. Мосичев, 1982) Биотехнологические методы переработки городских стоков
38 Свойства насадок, используемых в капельных биофильтрах (К. Форстер, Д. Вейз, 1990) Биотехнологические методы переработки городских стоков Тип насадки Удельная поверхность, м 2 /м 3 Пористость, % Минеральная: Шлак 50–120 50 Гранит 24–110 – Гравий 86–101 – Полимерная: Непластифицированный поливинилхлорид 240 95 Полипропилен 124 98
39 Зависимость качества входного потока от типа аэрации (К. Форстер, 1990) Тип аэрации Нагрузка по органическому веществу на ил, кг/кг сут Качество выходного потока Продленная 0.05–0.02 Высокое: БПК 10 мг/л, полная нитрификация, аммонийный азот 5 мг/л Стандартная 0.20–0.45 Различное: от полной нитрификации до ее отсутствия Быстрая 0.50–5.00 Высокая скорость удаления БПК на единицу массы ила; качество может быть выше в 20–30 раз при достаточном уровне аэрации Биотехнологические методы переработки городских стоков
40 Применение биотехнологических методов для очистки газовоздушных выбросов и деградации ксенобиотиков Классификация установок биологической очистки воздуха (И. Б. Уткин, 1989) Тип установки Рабочее тело Водный режим Основная стадия удаления примесей из воздуха Источник минеральных солей Биофильтр Фильтрующий слой – иммобилизованные на природных носителях микробные клетки Циркуляция воды отсутствует 1. Десорбция материалом фильтрующего слоя. 2. Деструкция микробными клетками Материал фильтрующего слоя Биоскруббер Вода, активный ил Циркуляция воды 1. Абсорбция в абсорбере водой. 2. Деструкция в аэротенке активным илом Минеральные соли вносят в воду Биореактор с омываемым слоем Иммобилизованные на искусственных носителях микробные клетки Циркуляция воды 1. Диффузия через водную пленку к микроорганизмам. 2. Деструкция в биологическом слое Минеральные соли вносят в воду
41 Параметры установок биоочистки воздуха на объектах интенсивного животноводства ФРГ (B. Brauer, 1984) Установка Рабочий объем, м 3 Удельная производи - тельность, ч –1 Степень очистки, % Потери давления, Н/м 2 Расход воды, л/сут. Удельный расход воды в сутки Биофильтр с компостом 228 88 92 1700 510 1.8 10 –3 Биофильтр с волокнистым торфом 19.5 564 66–90 55 48 2.5 10 –3 Биоскруббер 44.4 900 97.5–99.7 1200 9600 0.2 Биореактор с омываваемым слоем 1.5 5000 60–90 170 48000 23 Применения биотехнологических методов для очистки газовоздушных выбросов и деградации ксенобиотиков
