Министерство образования и науки Республики Казахстан
Карагандинский государственный технический университет
РЕФЕРАТ
по дисциплине: Экология
Тема: __________Биологические методы очистки
Руководитель
_________________
(оценка) (фамилия, инициалы)(подпись) (дата)
Студент
(группа)
(фамилия, инициалы)
(подпись) (дата)
2009
Биологические методы применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от разнообразных растворенных органических и некоторых неорганических (сероводород, аммиак и др.) соединений. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности. Известны аэробные и анаэробные методы биологической очистки сточных вод.
Аэробный метод основан на использовании аэробных микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура в пределах 20...40 °С. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле или в виде биопленки. Активный ил состоит из живых организмов и твердого субстрата. Живые организмы представлены бактериями, простейшими червями и водорослями. Биопленка растет на наполнителе биофильтра и имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1...3мм и более. Биопленка состоит из бактерий, простейших грибов, дрожжей и других организмов.
Аэробная очистка происходит как в природных условиях, так и в искусственных сооружениях.
Очистка в природных условиях происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах.
Поля орошения - это специально подготовленные для очистки сточных вод и агрокультурных целей площади. Очистка протекает под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием растений. В почве полей орошения находятся бактерии, дрожжи, водоросли, простейшие животные. Сточные воды содержат в основном бактерии. В смешанных биоценозах активного слоя почвы возникают сложные взаимодействия микроорганизмов, в результате чего сточная вода освобождается от содержащихся в ней бактерий. Если на полях не выращиваются сельскохозяйственные культуры, и они предназначены только для биологической очистки сточных йод, то они называются полями фильтрации.
Биологические пруды - это каскад прудов, состоящий из 3...5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Такие пруды предназначены для биологической очистки сточных вод или доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями.
Очистка в искусственных сооружениях поводится в аэротенках и на биофильтрах. Более широкое применение нашли аэротенки.
Аэротенки - это железобетонные резервуары, представляющие собой открытые бассейны, оборудованные устройствами для принудительной аэрации. Глубина аэротенка - 2...5м.
Анаэробный метод очистки протекает без доступа воздуха. Его в основном используют для обезвреживания твердых осадков, которые образуются при механической, физико-химической и биологической очистке сточных вод. Эти твердые осадки сбраживаются анаэробными бактериями в специальных герметичных резервуарах, которые называются метантенками В зависимости от конечного продукта брожение бывает спиртовое, молочнокислое, метановое и др. Для сбраживания осадков сточных вод используется метановое брожение.
Почва и почвообразующие факторы
Почва - это рыхлый поверхностный слой земной коры, обладающим плодородием. Почва непрерывно изменяется под влиянием климата, биологических факторов и деятельности человека.
Главное качество почвы - плодородие , которое определяется способностью удовлетворять потребность человека и других живых организмов в питательных веществах, воде и воздухе.
Казахстан располагает большими земельными ресурсами. Природные черноземные земли расположены узкой полосой в северной и северозападной части республики, где температурные условия и атмосферные осадки позволяют выращивать стабильные урожаи. Восточная и центральные части из-за часто повторяющихся засушливых лет считаются зоной рискованного земледелия. Южная часть республики расположена в полупустынной и пустынной зонах, и земледелие здесь возможно только орошаемое.
В последние годы прекратился прирост пашни, удобные и пригодные земли освоены, остались неудобные солонца, солончаки и пески. Несмотря на это, продолжается отвод сельскохозяйственных угодий на несельскохозяйственные нужды: под строительство дорог, промышленных предприятий, жилья и других объектов. Ежегодно на эти цели изымается 18..20 тыс. га
Виды негативного влияния на почву и меры борьбы с ними
Понижение плодородия почвы и полная потеря его происходят в результате эрозии, засоления, заболачивания, загрязнения и прямою разрушения при производстве строительных, горнодобывающих и других работ.
Эрозия - это процесс разрушения верхних, наиболее плодородных горизонтов почвы и грунта водой или ветром. 9/10 всех потерь пахотных земель приходится на ее долю.
В Казахстане эрозированные земли составляют около 18...20 тыс. га, и расположены в северных, западных и центральных степных районах.
Эрозия в основном возникает по вине человека. Ей подвержены сухие, бестравные и безлесные земли. Напротив, лесистые местности являются накопителями влаги и противодействуют возникновению эрозии. Каждый гектар леса удерживает более 500 м3 воды.
Различают два вида эрозии; ветровую и водную.
Ветровая эрозия протекает при сильном ветре (порядка 18...20 и более м/с). Местная ветровая эрозия может появляться и при скорости 5...6 м/с. При этом может выдуваться верхний горизонт мощностью до 15...20 см, а иногда и весь пахотный слой.
Водная эрозия возникает при сильных ливнях, интенсивном таянии снега, разрушает почвенный покров, образуются овраги.
Меры борьбы с эрозией почв осуществляются с применением следующих мероприятий:
организационно-хозяйственные мероприятия - дифференцированное использование земель, обработка посевов, внесение удобрений, применение разных типов севооборота, расположение почвозащитных многолетних насаждений, оросительных и осушительных систем, дорог, скотогонов и т.д.;
агротехнические приемы , которые обеспечивают оптимальные условия пищевого, водного, воздушного и теплового режима почвы для роста, развития и формирования урожая возделываемых культур. К таким агротехническим приемам относятся: регулирование глубины вспашки, безотвальная или плоскорезная обработка почвы, распашка на склонах на более 5°, применение лесомелиоративных и гидротехнических мероприятии.
Засоление возникает при повышении содержания в почве легкорастворимых солей (карбоната натрия, хлоридов, сульфатов), обусловленное грунтовыми или поверхностными водами (первичное засоление), но часто вызванное неправильным орошением (вторичное засоление). Почвы считаются засоленными при содержании более 0,1 % по весу токсичных для растений солей. Увеличение соли на орошаемых землях до 1% снижает урожай на 1/3, а до 2...3 % - ведет к гибели посевов. Причина возникновения засоления - орошение полей методом затопления или устройством арыков. При такой практике сначала вода большие фильтрует, соли вымываются вниз, урожайность повышается. Через несколько лет происходит обратный процесс: уровень грунтовых вод поднимается, уменьшается фильтрация, увеличивается испарение, и соли выносятся на поверхность почвы.
Опустынивание . В мире ежегодно теряется 50...60 тыс. км 2 земли в результате опустынивания. Общая площадь пустынь достигла 20 млн. км.
В результате опустынивания уменьшается биологическое разнообразие регионов, меняются погодные условия, сокращаются водные ресурсы, что приводит к нехватке продовольственных ресурсов.
Главной мерой защиты земель от опустынивания является предотвращение выдувания почвы путем лесопосадок и создания искусственных однолетних пастбищ.
Заболачивание имеет место в районах, где количество атмосферных осадков превышает количество испаряющейся с поверхности почвы влаги, и тогда происходит заболачивание земель. На территории Казахстана болот нет, а заболоченные земли занимают незначительные площади. Для сельскохозяйственного использования заболоченных земель необходимо их осушение путем проведения дренажных работ в комплексе с другими агротехническими мероприятиями.
Истощение почвы . Это явление связано с перегрузкой пашни, изъятием питательных веществ из почвы в больших размерах. Почвы теряют органические вещества, ухудшается структура почвы, водный и воздушный режим, появляется уплотнение, ухудшаются биогенный и окислительно-восстановительный режим. Истощаются луга и пастбища в результате чрезмерного выпаса скота.
Важным направлением борьбы с истощением является мелиорация, оросительные мероприятия.
Мелиорация - это совокупность организационных, хозяйственных, технических мероприятий, направленных на улучшения почв и их плодородия.
Мелиорация бывает:
Гидротехническая (орошение, осушение, промывка засоленных почв);
Химическая (известкование, гипсование, внесение других химических мелиорантов);
Агробиологическая (агролесомелиорация и др.);
Улучшение физических и структурных свойств почвы (пескование глинистых и глинование песчаных и торфяных почв).
Допустимые антропогенные нагрузки на окружающую среду
Любая, возникшая за счет какого-либо воздействия нагрузка на экологические системы, способная вывести из нормального состояния, определяется как экологическая нагрузка. Допустимая антропогенная нагрузка на окружающую среду - это нагрузка, которая не меняет качества окружающей среды или меняет ее в допустимых пределах, при которых не нарушается существующая экологическая система и не возникают неблагоприятные последствия в важнейших популяциях.. Если нагрузка превышает допустимую, то антропогенное воздействие причиняет ущерб популяциям, экосистемам или биосфере в целом.
Искусственная аэрация позволяет значительно интенсифицировать процессы биохимической очистки сточных вод, увеличить глубину пруда до 3-4 м, что стабилизирует процесс и позволяет сделать биопруды значительно компактнее.
Биологические пруды представляют собой мелкие котлованы глубиной от 0,5-1 м при естественной аэрации и до 3-4,5 м (в зависимости от характеристики аэрирующего устройства) при искусственной. Располагают их на нефильтрующих или слабофильтрующих грунтах.
Как правило, биологические пруды имеют прямоугольную форму и вытянуты по ходу движения воды, при применении самодвижущихся механических аэраторов могут быть круглыми. Соотношение длины к ширине в биологических прудах с естественной аэрацией должно быть 1:15, при искусственной – 1:3. Во избежание образования застойных зон сточную воду в биологические пруды подают рассредоточено.
Направление движения сточной жидкости в биологических прудах должно быть перпендикулярно направлению господствующих ветров.
В пруды для глубокой очистки допускается направлять сточную воду с БПКполн не более 25 мг/л – для прудов с естественной аэрацией и не более 50 мг/л – для прудов с искусственной аэрацией.
По характеру протекающих в биологическом пруду процессов они подразделяются на три основных вида: аэробные, факультативные и анаэробные.
Аэробные биологические пруды содержат кислород по всей глубине воды, которая составляет обычно 0,3 – 0,45 м, что достигается за счет реаэрации и процессов фотосинтеза.
Факультативные биологические пруды, имеющие глубину от 1,2 до 2,5 м, наиболее часто применяются для глубокой очистки сточных вод. Также эти пруды называют аэробно-анаэробными. В верхних слоях развиваются аэробные культуры, в придонных – факультативные аэробы и анаэробы, способные осуществлять процессы метанового брожения.
Насыщение воды кислородом происходит за счет процессов фотосинтеза, осуществляемого водорослями. В прудах также в той или иной мере представлена микро- и макрофауна: простейшие черви, коловратки, насекомые и др.
Анаэробные биологические пруды работают с очень высокими нагрузками по органическим загрязнениям. Основные биохимические процессы, протекающие в них, - образование кислот и метановое брожение.
В последнее время широкое распространение получили биологические пруды с высшей водной растительностью (ВВР). В таких прудах по определенной схеме высаживают такие водные культуры, как камыш, тростник, рогоз, телорез и др. Растения интенсифицируют процесс очистки, удаляют биогенные элементы, активно используя их в своем питании, изымают из воды и аккумулируют тяжелые металлы, радиоактивные изотопы и другие специфические загрязнения. Выделяемые ВВР фитонциды способствуют обеззараживанию воды. Культивирование ВВР предпочтительнее, чем использование для изъятия биогенных элементов и других загрязнений одноклеточных и мелких водорослей. Это объясняется тем, что ВВР очень быстро развивается, следовательно, потребляет большое количество питательных веществ, изымая их из воды. Вместе с тем, ВВР легче удалить из биопруда, чем мелкие водоросли, что предотвращает вторичное загрязнение водоема, обусловленное разложением отмершей растительной биомассы.
В стоке, выходящем после биологических прудов, общее снижение концентрации загрязнений по БПКполн может достигать 60-98%, а по взвешенным веществам 90-98%.
Биологические пруды требуют создания широких санитарно-защитных зон (200 м).
Нитрификация
Особенностью биохимического окисления органических веществ в воде является сопутствующий ему процесс нитрификации , искажающий характер потребления кислорода
Нитрификация- процесс биологического превращения восстановленных соединений азота в окисленные неорганические по схеме:
|
3 6 9 12
Рис. 3. Изменение характера потребления кислорода при нитрификации.
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 в нитритную, а затем и нитратную формы.
Процесс нитрификации происходит и при инкубации пробы в кислородных склянках. Количество кислорода, пошедшее на нитрификацию, может в несколько раз превышать количество кислорода, требуемое для биохимического окисления органических углеродсодержащих соединений. Начало нитрификации можно зафиксировать по минимуму на графике суточных приращений БПК за период инкубации. Нитрификация начинается приблизительно на 7-е сутки инкубации (см. рис. 9), поэтому при определении БПК за 10 и более суток необходимо вводить в пробу специальные вещества - ингибиторы, подавляющие жизнедеятельность нитрифицирующих бактерий, но не влияющие на обычную микрофлору (т.е. на бактерии - окислители органических соединений). В качестве ингибитора применяют тиомочевину (тиокарбамид), который вводят в пробу либо в разбавляющую воду в концентрации 0,5 мг/мл.
В то время как, и природные, и хозяйственно-бытовые сточные воды содержат большое количество микроорганизмов, способных развиваться за счет содержащихся в воде органических веществ, многие виды промышленных сточных вод стерильны, или содержат микроорганизмы, которые не способны к аэробной переработке органических веществ. Однако микробы можно адаптировать (приспособить) к присутствию различных соединений, в том числе токсичных. Поэтому при анализе таких сточных вод (для них характерно, как правило, повышенное содержание органических веществ) обычно применяют разбавление водой, насыщенной кислородом и содержащей добавки адаптированных микроорганизмов. При определении БПК полн промышленных сточных вод предварительная адаптация микрофлоры имеет решающее значение для получения правильных результатов анализа, т.к. в состав таких вод часто входят вещества, которые сильно замедляют процесс биохимического окисления, а иногда оказывают токсическое действие на бактериальную микрофлору.
Для исследования различных промышленных сточных вод, которые трудно подвергаются биохимическому окислению, используемый метод может применяться в варианте определения «полного» БПК (БПК полн.).
Если в пробе очень много органических веществ, к ней добавляют разбавляющую воду. Для достижения максимальной точности анализа БПК анализируемая проба или смесь пробы с разбавляющей водой должна содержать такое количество кислорода, чтобы во время инкубационного периода произошло снижение его концентрации на 2 мг/л и более, причем остающаяся концентрация кислорода спустя 5 суток инкубации должна составлять не менее 3 мг/л. Если же содержание РК в воде недостаточно, то пробу воды предварительно аэрируют для насыщения кислородом воздуха. Наиболее правильным (точным) считается результат такого определения, при котором израсходовано около 50 % первоначально присутствующего в пробе кислорода.
В поверхностных водах величина БПК 5 колеблется в пределах от 0,5 до 5,0 мг/л; она подвержена сезонным и суточным изменениям, которые, в основном, зависят от изменения температуры и от физиологической и биохимической активности микроорганизмов. Весьма значительны изменения БПК 5 природных водоемов при загрязнении сточными водами.
Норматив на БПК полн. не должен превышать: для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования - 3 мг/л для водоемов культурно-бытового водопользования - 6 мг/л. Соответственно можно оценить предельно-допустимые значения БПК 5 для тех же водоемов, равные примерно 2 мг/л и 4 мг/л.
Денитрификация
Денитрификация- микробиологический процесс восстановления окисленных соединений азота (нитратов, нитритов) до газообразных азотистых продуктов (обычно до N 2):
Денитрификация происходит в результате жизнедеятельности бактерий, факультативных анаэробов, использующих в отсутствие кислорода нитраты и нитриты в качестве окислителей (анаэробное дыхание). Процесс сопряжен с окислением органических веществ и катализируется особыми ферментами. В ходе денитрификации азот удаляется из почвы и воды в виде газообразного N2, поступающего в атмосферу.
Процесс денитрификации активно протекает во влажных, плохо аэрируемых или затопляемых почвах, эвтотрофных водоемах, при рН 7-8, достаточном количестве нитратов и легкодоступного органического вещества. Денитрификацию считают главной причиной потерь азота в земледелии - удобрения могут утрачивать в результате денитрификации до 50% связанного азота. Хотя процессы денитрификации осуществляются микроорганизмами не с целью получения азота, но именно они «замыкают» круговорот азота в экосистеме, возвращая газообразный N 2 в атмосферу.
Денитрификация - процесс, обратный превращению аммония в нитриты и далее - в нитраты. Разница состоит в том, что нитрификация - процесс окислительный, который протекает в присутствии кислорода. Такие процессы еще называют аэробными. Процесс денитрификации, напротив, является анаэробным, то есть протекает без доступа кислорода. При этом происходит последовательное восстановление нитратов в нитриты, затем в оксид азота, закись азота и, наконец, азот.
В сущности, процесс денитрификации завершает полный цикл круговорота азота в водоеме. Весь азот, который поступил удаляется в атмосферу.
Несложный на первый взгляд процесс в аквариуме может стать совсем непростым и трудно контролируемым. Дело в том, что процесс восстановления протекает при непосредственном участии факультативных анаэробных бактерий Pseudomonas, Micrococcus, Bacillus, Denitrobacillus. В отличие от нитрификации, для успешной реализации которой нужны бактерии Nitrosomonas и Nitrobacter, вода, содержащая аммоний или нитриты, и кислород, денитрификация - достаточно энергоемкий процесс.
Круговорот азота в настоящее время подвергается сильному воздействию со стороны человека. К значительным изменениям в цикле азота приводят процессы:
Массовое производство азотных удобрений и их использование приводит к избыточному накоплению нитратов;
Подавление деятельности микроорганизмов в результате загрязнения почвы отходами промышленности приводит к снижению скорости превращения аммиака в нитраты;
Азот, поступающий на поля в виде удобрений, теряется из-за отчуждения урожая, выщелачивания и денитрификации, происходит накопление аммонийных удобрений в почве;
В результате промышленной фиксации молекулярного азота из атмосферы с целью производства азотных удобрений резко нарушается природное азотное равновесие.
Однако эти процессы носят локальный характер. Гораздо большее значение имеет поступление оксидов азота в атмосферу при сжигании топлива на ТЭЦ, транспорте, заводах, особенно в промышленных районах. Под воздействием излучения в атмосфере происходят реакции углеводородов с оксидами азота с образованием высокотоксичных и канцерогенных соединений.
Заключение
Ещё в городах древнего Египта, Греции и Рима существовали канализационные системы, по которым отходы жизнедеятельности людей и животных транспортировались в водоёмы – реки, озера и моря. В Древнем Риме перед сбросом в Тибр канализационные стоки накапливались и выдерживались в накопительном пруде-отстойнике-клоаке (cloaca maxima). В Средние века этот опыт был в значительной степени забыт, потом, экскременты людей и животных, выливались на городские улицы и удалялись эпизодически. Это являлось причиной загрязнения и заражения источников питьевой воды и приводило к возникновению эпидемий холеры, тифа, амебной дизентерии и др. В начале 19 века в Англии был изобретен туалет с водяным смывом (water closet, WC). Возникла очевидная необходимость в обработке сточных вод и предотвращения их попадания в источники питьевой воды. Сточные воды собирали и выдерживали в больших емкостях, осадок использовали в качестве удобрений. В начале двадцатого века были разработаны интенсивные системы очистки бытовых сточных вод, включая поля орошения, где вода очищалась, фильтруясь через почву, струйные фильтры со щебневой и песчаной загрузкой, а также резервуары с принудительной аэрацией – аэротенки. Последние являются основным узлом современных станций аэробной очистки городских сточных вод.
Преимуществом аэробной очистки является высокая скорость и использование веществ в низких концентрациях. Существенными недостатками, особенно при обработке концентрированных сточных вод, является высокие энергозатраты на аэрацию и проблемы, связанные с обработкой и утилизацией больших количеств избыточного ила. Аэробный процесс используется при очистке бытовых, некоторых промышленных и свиноводческих сточных вод с ХПК не выше 2000. Исключить указанные недостатки аэробных технологий может предварительная анаэробная обработка концентрированных сточных вод методом метанового сбраживания, которая не требует затрат энергии на аэрацию и более того сопряжена с образованием ценного энергоносителя – метана. Преимуществом анаэробного процесса является также относительно незначительное образование микробной биомассы. К недостаткам следует относить невозможность удаления органических загрязнений в низких концентрациях. Для глубокой очистки концентрированных сточных вод анаэробную обработку следует использовать в комбинации с последующей аэробной стадией. Выбор технологии и особенности обработки сточных вод определяется содержанием органических загрязнений в них.
1.1.Аэробные: аэротенк (биотенк), биофильтр, почвенные методы, биопруды .
Сущность метода биохимической очистки
Биологический (или биохимический) метод очистки сточных вод применяется для очистки производственных и бытовых сточных вод от органических и неорганических загрязнителей. Данный процесс основан на способности некоторых микроорганизмов использовать загрязняющие сточные воды вещества для питания в процессе своей жизнедеятельности.
Основной процесс, протекающий при биологической очистке сточных вод, – это биологическое окисление. Данный процесс осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), состоящим из множества различных бактерий, простейших водорослей, грибов и др., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма).
Главенствующая роль в этом сообществе принадлежит бактериям.
Очистку сточных вод рассматриваемым методом проводят в аэробных (т. е. в присутствии растворенного в воде кислорода) и в анаэробных (в отсутствие растворенного в воде кислорода) условиях.
Очистка сточных вод в природных условиях
Аэробные процессы биохимической очистки могут протекать в природных условиях и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Искусственными сооружениями являются аэротенки и биофильтры разной конструкции. Тип сооружений выбирают с учетом местоположения завода, климатических условий, источника водоснабжения, объема промышленных и бытовых сточных вод, состава и концентрации загрязнений. В искусственных сооружениях процессы очистки протекают с большей скоростью, чем в естественных условиях.
Поля орошения
Это специально подготовленные земельные участки, используемые одновременно для очищения сточных вод и агрокультурных целей. Очистка сточных вод в этих условиях идет под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений.
В почве полей орошения находятся бактерии, актиномицеты, дрожжи, грибы, водоросли, простейшие и беспозвоночные животные. Сточные воды содержат в основном бактерии. В смешанных биоценозах активного слоя почвы возникают сложные взаимодействия микроорганизмов симбиотического и конкурентного порядка.
В процессе биологической очистки сточные воды проходят через фильтрующий слой почвы, в котором задерживаются взвешенные и коллоидные частицы, образуя в порах грунта микробиальную пленку. Затем образовавшаяся пленка адсорбирует коллоидные частицы и растворенные в сточных водах вещества. Проникающий из воздуха в поры кислород окисляет органические вещества, превращая их в минеральные соединения. В глубокие слои почвы проникание кислорода затруднено, поэтому наиболее интенсивное окисление происходит в верхних слоях почвы (0,2–0,4 м). При недостатке кислорода в прудах начинают преобладать анаэробные процессы.
Биологические пруды
Представляют собой каскад прудов, состоящий из 3-5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Пруды предназначены для биологической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Различают пруды с естественной или искусственной аэрацией. Пруды с естественной аэрацией имеют небольшую глубину (0,5-1 м), хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами. Время пребывания воды в прудах с естественной аэрацией составляет от 7 до 60 суток. Вместе со сточными водами из вторичных отстойников выносится активный ил, который является посевным материалом.
Микрофильтры и намывные фильтры
Микрофильтры представляют собой сетчатые вращающиеся барабаны, опущенные частично в жидкость. Сточная вода подается внутрь барабана, загрязненная внутренняя поверхность промывается струями воды в верхней части барабана. Эффективность очистки при подаче на них биологически обработанных сточных вод составляет по 20-30%, по взвешенным веществам 65-70%. Микрофильтры просты в эксплуатации и не требуют ежедневного ухода. Намывные фильтры представляет собой резервуары с установленными внутри сетчатыми фильтрующими элементами. Фильтрование осуществляется через сетки намытым на них фильтрующим материалом. Поэтому перед рабочим циклом в фильтр подается пульпа фильтрующего материала. Этот же материал вводится в доочищаемую воду небольшими дозами во время рабочего цикла. Качество доочистки высокое: по содержанию взвешенных веществ (4 мг/л) и (3 мг/л) сточные воды приближаются к чистой речной воде.
Фильтрующие колодцы, кассеты
Использование в технологической схеме биологической очистки сооружений, расположенной в естественных условиях (фильтрующие колодцы и кассеты, поля подземной фильтрации), позволяет обеспечить одновременную глубокую очистку и обеззараживание стоков и не требует дополнительного устройства сооружений доочистки. Обследование около 50 систем показало что вблизи правильно установленных и эксплуатируемых фильтрующих колодцев создается вполне удовлетворительная санитарная обстановка. На большинстве обследованных объектов даже в расстоянии 1-2 метров вокруг фильтрующего колодца не отмечалось загрязнения атмосферного воздуха и поверхности почвы. Результаты исследований экспериментальных установок показываю, что даже на расстоянии 0,8-1 метра от фильтрующих колодцев наблюдается значительное снижения загрязнении в сточных водах. Сооружения естественной очистки сточных вод такие как фильтрующие колодцы и биологические пруды, могут быть использованы в качестве сооружений доочистки в различных технологических схемах обработки стоков. Эти сооружения размещают, как правило, после установок биологической очистки.
Очистка в биофильтрах
Биопленка растет на наполнителе биофильтра, она имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1-3 мм и более. Эта пленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей и других организмов. Число микроорганизмов в биопленке меньше, чем в активном иле.
Биологические фильтры достаточно широко применяются для очистки бытовых и производственных сточных вод при их объемном расходе до 30 тыс. м3/сут.
Биофильтры – искусственные сооружения биологической очистки представляют собой круглые или прямоугольные в плане сооружения, загруженные фильтрующим материалом, на поверхности которого выращивается биопленка; изготовляются они из железобетона или кирпича. Сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытой пленкой из микроорганизмов; отработанная (омертвевшая) биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.
По типу загрузочного материала биофильтры делятся на две категории: с объемной (зернистой) и плоской загрузкой. В качестве зернистой загрузки используют щебень, гравий, гальку, шлак, керамзит, керамические и пластмассовые кольца, кубы, шары, цилиндры и т.п. Плоская загрузка – это металлические, тканевые и пластмассовые сетки, решетки, блоки, гофрированные листы, пленки т.п., нередко свернутые в рулоны.
Биотенк
- биофильтр представляет собой корпус, в котором заключены элементы загрузки, расположенные в шахматном порядке. Эти элементы выполнены в виде полуцилиндров, орошаются сверху водой, которая, наполняя элементы загрузки стекает через края вниз. На наружных поверхностях элементов образуется биопленка, в элементах – биомасса, напоминающая активный ил. Конструкция обеспечивает высокую производительность и эффективность очистки.
По принципу поступления воздуха в толщу аэрируемой загрузки фильтры могут быть с естественной и принудительной аэрацией. При поступлении сточных вод с БПКП> 300 мг/л во избежание частого заиливания поверхности биофильтра предусматривается рециркуляция – возврат части очищенной воды для разбавления исходами точной воды.
Применение биофильтров ограничивается возможностью их заиливания, снижением окислительной мощности в процессе эксплуатации, появлением неприятных запахов, трудностью равномерного наращивания пленки.
Очистка в аэротенках
Аэробная биологическая очистка больших объемов вод осуществляется в аэротенках – прямоугольных в плане железобетонных сооружениях со свободно плавающим в объеме обрабатываемой воды активным илом, бионаселение которого использует загрязнения сточных вод для своей жизнедеятельности.
Основные технологические схемы очистки в аэротенках приведены на рисунке 52.
Система аэрации представляет собой комплекс сооружений и специального оборудования, обеспечивающего снабжение жидкости кислородом, поддержание ила во взвешенной состоянии и постоянное перемешивание сточной воды с илом. Для большинства типов аэротенков система аэрации обеспечивает одновременное выполнение этих функций. По способу диспергирования воздуха в воде на практике применяются три системы аэрации: пневматическая, механическая и комбинированная.
Окситенки
Окситенки – это сооружения биологической очистки, в которых вместо воздуха используется технический кислород или воздух, обогащенный кислородом.
Основным отличием окситенка от аэротенка, работающего на атмосферном воздухе, является повышенная концентрация ила. Это связано с увеличенным массообменом кислорода между газовой и жидкой фазами.
Он представляет собой резервуар, круглой в плане формы с цилиндрической перегородкой, которая отделяет зону аэрации от зоны илоотделения.
1.2.Анаэробная биологическая очистка сточных вод.
Анаэробный метод очистки может рассматриваться в качестве одного из наиболее перспективных при наличии высокой концентрации в сточных водах органических веществ или для очистки бытовых стоков. Его преимущество перед аэробными методами заключается в резком снижении эксплуатационных расходов (для анаэробных микроорганизмов не требуется дополнительной аэрации воды) и отсутствии проблем, связанных с утилизацией избыточной биомассы.
Анаэробная деградация органических веществ, осуществляется как многоступенчатый процесс, в котором необходимо участие, по меньшей мере четырех групп микроорганизмов:
· гидролитиков,
· бродильщиков,
· ацетогенов
· метаногенов.
Механизм очистки.
При анаэробном преобразовании органических субстратов в метан под воздействием микроорганизмов должны быть последовательно реализованы 4 стадии разложения. Отдельные группы органических загрязнений (углеводы, протеины, липиды/ жиры) в процессе гидролиза преобразуются сначала в соответствующие мономеры (сахара, аминокислоты, жирные кислоты). Далее эти мономеры в ходе ферментативного разложения (ацитогенеза) преобразуются в короткоцепочечные органические кислоты, спирты и альдегиды, которые затем окисляются дальше в уксусную кислоту, что связано с получением водорода. Только после этого доходит очередь до образования метана на этапе метаногенеза. В качестве побочного продукта наряду с метаном образуется также и углекислый газ.
Все процессы преобразования тесно взаимосвязаны друг с другом и должны протекать в емкости анаэробного реактора в строго установленном порядке, т.к. любое нарушение одного из промежуточных этапов приводит к нарушению всего процесса. Поэтому требуется точное проектирование очистных сооружений и их настройка на соответствующую сточную воду.
Рисунок 1: Этапы разложения анаэробного преобразования
К атегория: Очистка сточных вод
Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях
Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях может осуществляться в биологических прудах, на полях фильтрации и сооружениях подземной фильтрации, а также на земледельческих полях орошения.
Биологические пруды - искусственно созданные неглубокие водоемы, в которых происходит биологическая очистка сточных вод на слабо фильтрующих грунтах, основанная на процессах, протекающих при самоочищении водоемов. Биологические пруды можно также использовать для доочистки сточных вод после их прохождения через другие сооружения для биологической очистки. Пруды бывают одиночные (мелкие непроточные глубиной 0,6-1,2 м) или состоящие из трех - пяти прудов, через которые медленно протекает осветленная или биологически очищенная на биофильтрах сточная жидкость.
Для очистки сточных вод в IV климатическом районе биологические пруды можно применять круглый год, во II и III климатических районах - только в теплый сезон, а в холодный сезон при условии, что вода в биопрудах имеет температуру не ниже 8°С.
Очистка сточных вод в биологических прудах может происходить в анаэробных и аэробных условиях. Анаэробные пруды имеют глубину 2,5-3 м, нагрузка по БПК для бытовых сточных вод составляет 300-350 кг/ /(га-сут). Аэробные биопруды с естественной аэрацией можно использовать для очистки сточных вод с концентрацией по БПК.5 не выше 200-250 мг/л в IV климатической зоне круглогодично, а во II и III климатических зонах - только в теплый период. Расчетная нагрузка на пруды для отстоенных сточных вод принимается до 250 м3/(га-сут), для биологически очищенных вод - до 5000 м3/(га-сут). При площади пруда 0,5-0,25 га время пребывания сточных вод в зависимости от нагрузки колеблется от 2,5 до 10 сут.
Бнопруды для полной очистки целесообразно осуществлять в две - три ступени, принимая в каждой из ступеней степень очистки по БПК.5 равной 70 %. Для интенсификации процесса очистки сточных вод в биопруды искусственным путем подается кислород воздуха. Такие биопруды занимают значительно меньшую площадь и менее зависят от климатических условий, они могут работать и при температуре воздуха от -15 до - 20 °С, а в отдельные дни и до -45 °С.
Исследования ВНИИ ВОДГЕО, МИСИ им. В. В.Куйбышева и ЦНИИЭП инженерного оборудования, а также результаты производственных испытаний Белорусского научно-исследовательского санитарно-гигиенического института подтвердили целесообразность применения аэрируемых биопрудов для очистки сточных вод в сельской местности пропускной способностью 100-10 000 м3/сут, а для доочистки - до 50 000 м3/сут.
Аэрируемые биопруды можно использовать для очистки сточных вод с концентрацией по БПК5 ДО 500 мг/л, они обеспечивают эффективную очистку сточных вод во II и III климатических зонах. В северных районах II климатической зоны, а также в районах с устойчивыми ветрами в зимнее время года более целесообразно применять биологические пруды с рециркуляционным циклом (возвратом) иловой смеси, имеющие лучшие теплотехнические характеристики. Перед биопрудами следует предусматривать механическую очистку сточных вод. При концентрации взвешенных веществ до 250 мг/л время отстаивания можно принимать равным 0,5 ч, при концентрации 250-500 мг/л-1 ч.
Рис. 1. План станции биологической очистки сточных вод пропускной способностью 700 м3/сут 1, 2, 3, 4- аэрируемые пруды соответственно I, II, III , IV ступени: 5 - пруд-отстойник; 6 - контактный пруд; 7- производственное здание: 8 - всасывающий трубопровод технической воды; 9 - воздуховод; 10 - напорный трубопровод технической воды; 11 - приемная камера; 12 - подводящий трубопровод диаметром 300 мм; 13 - двухъярусный отстойник; 14, 17 - песковые площадки; 15 - пескопровод; 16 - иловые площадки
На строительство очистных сооружений g аэрируемыми биопрудами требуются наименьшие капитальные вложения по сравнению с очисткой другими методами. Удельные затраты на этих станциях на 20-50 % ниже. Кроме того, аэрируемые биопруды характеризуются высоким уровнем механизации земляных работ и минимальным расходом железобетона и других строительных материалов.
Поля фильтрации можно применять в отдельных случаях при наличии непригодных для сельскохозяйственного использования земельных участков с фильтрующими грунтами, при отсутствии опасности загрязнения грунтовых вод, используемых для питьевых нужд. Земельные участки полей фильтрации специально подготовляют для биологической очистки сточных вод, не допуская их использования для агрокультурных целей. Подаваемая на поля сточная вода поступает на отдельные участки (карты) по системе открытых лотков или каналов (разводные каналы); комплекс этих каналов составляет оросительную сеть. Сбор и отвод профильтровавшейся очищенной воды осуществляется с помощью дренажа, который может быть открытым в виде канав по периметру карт или закрытым, состоящим из дренажных труб, уложенных по карте на глубине 1,5-2 м, и канав. Система дренажа и канав образует осушительную систему. Каналы выполняют из кирпича, бута, железобетона, бетона или делают земляными. Каналы имеют прямоугольное или трапецеидальное поперечное сечение; размещают их по ограждающим земляным валкам.
При проектировании полей фильтрации выбирают открытые, не затопляемые весенними водами участки со спокойным рельефом местности с естественным уклоном не более 0,02. Для устройства полей фильтрации не пригодны участки, расположенные близко от мест выклинивания водоносных горизонтов, а также торфяные и глинистые почвы и солончаки. Наиболее пригодны песчаные и супесчаные грунты. Поля рекомендуется располагать с подветренной стороны на определенном расстоянии от жилых массивов в зависимости от расхода сточной воды: при расходе до 5000 м3/сут это расстояние принимают 300 м, при 5000-50 000 м3/сут -500 м и свыше 50 000 м3/сут-1000 м. По контуру полей обычно высаживают иву и другие влаголюбивые насаждения. Ширину полосы насаждений принимают 10-20 м в зависимости от удаленности полей от населенных пунктов.
Бытовые сточные воды, очищенные на полях фильтрации, имеют БПК 10-15 мг/л, стойкость 99% (т.е. не загнивают), содержат нитратов до 25 мг/л. Количество бактерий уменьшается на 99-99,9% по сравнению с содержанием их в исходной воде. Специальная дезинфекция не требуется. Для успешной эксплуатации полей необходимо подавать на них сточную воду, предварительно осветленную, т.е. в значительной степени освобожденную от взвешенных частиц. Кроме того, при отстаивании из сточной жидкости выделяется в осадок до 50--80 % гельминтов, что снижает загрязнение ими почвы в 7-10 раз.
Требуемую площадь для полей фильтрации определяют исходя из нормы нагрузки - допустимого количества сточной воды, которое может быть очищено на 1 га поверхности полей. Кроме того, учитывают характер грунтов, уровень грунтовых вод и среднегодовую температуру по нормам нагрузок. Нормы нагрузки осветленных сточных вод на поля фильтрации для районов со среднегодовым количеством атмосферных осадков 300- 500 мм приведены в СНиП 2.04.03-85.
Для устройства ограждений карт, оросительной сети, дорог и въездов на карты необходимо предусматривать дополнительную площадь. Так, при полезной площади полей фильтрации до 0,3 га дополнительная площадь предусматривается равной 100% полезной площади, при 0,5 га-90, при 0,8-80, при 1 га-60 и более 1 га- 40% полезной площади полей.
При устройстве полей фильтрации обычно предусматривают постоянную и временную оросительные сети. Постоянная оросительная сеть (рис. 2) состоит из магистрального канала, групповых распределительных каналов и картовых оросителей, обслуживающих отдельные карты. Картовын ороситель - последний элемент постоянной сети.
Рис. 2. Схема полей орошения 1 - магистральные и распределительные каналы; 2 - нартовые оросители; 3 - осушительные канавы; 4 - дренаж; 5 - дороги
Оросительную сеть проектируют из керамических или асбестоцементных труб диаметром 75-100 мм. Допускается применение оросительных лотков из кирпича, бетона и других материалов. Укладывают оросительные трубы в песчаных грунтах с уклоном 0,001-0,003, а в супесчаных - горизонтально. Расстояние между параллельными оросительными трубами в песках 1,5-2,0 м, в супесях-2,5 м. Керамические трубы прокладывают с зазорами 15-20 мм; над стыками труб следует предусматривать накладки. В асбестоцементных трубах оросительных сетей снизу делают пропилы на половину диаметра шириной 15 мм. Расстояние между пропилами должно быть не более 2 м. Для притока воздуха на концах оросительных труб устанавливают стояки диаметром 100 мм, возвышающиеся на 0,5 м над поверхностью земли.
Рис. 3. Схема устройства полей подземной фильтрации 1 - выпуск из здания; 2 - трехкамер-ный септик из железобетонных колец; 3 - дозирующая камера с дозирующим сифоном; 4 - распределительная камера; 5 - дрены
Осушительную сеть на полях фильтрации предусматривают при неблагоприятных грунтовых условиях. Она состоит из дренажа, сборной сети, отводящих линий и выпусков. Дренажная система является составной частью полей, так как позволяет своевременно отводить излишнюю влагу почвы и способствует прониканию воздуха в деятельный слой, без которого не может проходить аэробный окислительный процесс. В малопроницаемых грунтах (суглинках) сооружают закрытый дренаж, в проницаемых грунтах (пески, супеси) дренаж или вообще не требуется, или устраивают открытые осушительные канавы.
Расстояние между дренами зависит от степени водопроницаемости грунта, глубины осушаемого слоя, глубины заложения дрен, количества отводимой воды и пр. Для предварительных расчетов расстояние между дренами в песках принимают 16-25 м, в супесях 12-15 м и в легких суглинках 8-10 м. В крупнозернистых песках в некоторых случаях дренаж сооружают в виде открытых осушительных канав с расстоянием между ними до 100 м.
Закрытый дренаж устраивают преимущественно из неглазурованных гончарных труб диаметром 75-100 мм.
Дрены следует располагать перпендикулярно направлению потока грунтовых вод с уклоном 0,0025-0,005. Между трубами оставляют зазоры 4-5 мм. Под стыками укладывают глиняную подушку, сверху стыки перекрывают толем или войлоком. Открытые осушительные канавы, сборные сети и выпуски устраивают в виде каналов трапецеидальной формы с боковыми стенками под углом естественного откоса грунтов.
В зимнее время после промерзания почвы фильтрация сточных вод на полях фильтрации значительно замедляется, а иногда полностью прекращается, и напускаемые на поля сточные воды намораживаются. Поэтому в районах с холодным и умеренным климатом поля фильтрации следует проверять на намораживание. Обычно высоту слоя намораживания сточных вод принимают 0,6-0,8 м, в соответствии с чем определяют высоту валов, ограждающих карту.
Сооружения подземной фильтрации. Для очистки малых количеств сточных вод применяют поля подземной фильтрации. Сточную воду от здания или группы зданий направляют для предварительного осветления в септик (рис. 3). Осветленная вода поступает в сеть уложенных на глубине 0,3-1,2 м трубопроводов с незаделан ными стыками, через которые сточная вода проникает в грунт, где происходит ее дальнейшая очистка. Очищенная сточная вода не собирается в осушительную сеть, а просачивается в толщу грунта или частично уходит с грунтовым потоком.
На территории полей подземной фильтрации допускается выращивание огородных культур. Недостатком полей фильтрации является необходимость устройства широкой зоны санитарного разрыва (200-300 м). Для объектов с расходом сточных вод до 12 м3/сут в отдельных случаях (при наличии фильтрующих грунтов, глубоком залегании грунтовых вод и отсутствии опасности загрязнения водоносных горизонтов, используемых для питьевого водоснабжения) могут быть приняты очистные сооружения, работающие по принципу подземной фильтрации сточных вод (песчано-гравийные фильтры, фильтрующие траншеи, фильтрующие колодцы). Эти сооружения достаточно просты в строительстве и эксплуатации и предназначаются для полной биологической очистки.
Сооружения подземной фильтрации (в отличие от наземных полей фильтрации) могут находиться вблизи обслуживаемых ими зданий и не требуют строительства наружной канализационной сети значительной протяженности. Сточная вода на очистные сооружения поступает самотеком, в связи с чем не требуются станции перекачки. Такие сооружения целесообразно устраивать в песчаных, супесчаных и легких суглинистых грунтах.
Сточную воду от здания или группы зданий направляют для предварительного осветления в септик. Осветленная вода через дозирующую камеру и распределительный колодец поступает в дренажные трубы, расположенные выше уровня грунтовых вод не менее чем на 1 м, или фильтрующий колодец. Через незаделанные стыки и пропилы труб или отверстия в стенках колодца осветленная жидкость попадает в грунт, где происходит ее дальнейшая очистка. При работе систем подземной фильтрации исключается загрязнение воздуха и верхних слоев почвы.
Типовые проекты очистных сооружений систем подземной фильтрации разработаны в соответствии с унифицированным рядом таких сооружений малой производительности 0,5-12 м3/сут. Номенклатура типовых проектов включает: септики; системы с полями подземной фильтрации и фильтрующими колодцами, применяемые в песчаных и супесчаных грунтах; системы с фильтрующими траншеями и песчано-гравийными фильтрами, используемые при суглинистых и глинистых грунтах.
Септик представляет собой подземное сооружение, в котором сточные воды протекают с малой скоростью, при этом взвешенные вещества выпадают в осадок, а жидкость осветляется в течение 1-4 сут. Выпавший осадок в септике подвергается длительному перегниванию (сбраживанию) в течение 6-12 мес под воздействием анаэробных микроорганизмов.
Расчетные объемы септиков следует принимать из условий очистки их не менее 1 раза в год. При средне-зимней температуре сточных вод выше 10°С или при норме водоотведения более 150 л/(чел-сут) полный расчетный объем септика может быть уменьшен на 20%.
При расходе сточных вод до 1 м3/сут предусматривают однокамерные септики, до 10 м3/сут - двухкамерные и свыше 10 м3/сут - трехкамерные. Объем первой камеры в двухкамерных септиках принимают равным 0,75; в трехкамерных-0,5 расчетного объема. В последнем случае объем второй и третьей камер должен составлять по 0,25 расчетного объема. В септиках из бетонных колец все камеры могут быть равного объема. При расходах более 5 м3/сут каждую камеру следует разделять продольной стенкой на два одинаковых отделения. Минимальные размеры септика: глубина (от уровня воды) 1,3, ширина 1, длина или диаметр 1 м. Максимальная глубина септика не более 3,2 м. В септиках должна быть предусмотрена естественная вентиляция. В типовом проекте разработаны септики пропускной способностью 0,5- 0,25 м3/сут (рис. 4).
Песчано-гравийный фильтр представляет собой котлован, в который уложена фильтрующая засыпка. В зависимости от числа слоев засыпки фильтры бывают одно- и двухступенчатые. В одноступенчатых фильтрах применяют крупнозернистый песок слоем 1 -1,5 м, в двухступенчатых фильтрах первая ступень загружается гравием, коксом, гранулированным шлаком слоем 1- 1,5 м, вторая - аналогично одноступенчатому фильтру.
Фильтрующая траншея - конструктивная разновидность песчано-гравийных фильтров - представляет собой рассредоточенные и удлиненные фильтры. Траншеи применяют в тех случаях, когда устройство песчано-гравийных фильтров не допускается из-за близкого расположения грунтовых вод и невозможен их отвод дренажной сетью из-за рельефа местности. Расчетную длину фильтрующих траншей принимают в зависимости от расхода сточных вод и нагрузки на оросительные трубы, но не более 300 м, ширину траншей по низу - не менее 0,5 м.
В фильтрующих траншеях в качестве загрузочного материала используют крупно- и среднезернистый песок и другие крупнозернистые материалы с толщиной слоя (между оросительной и дренажной трубой) 0,8-1 м. Для оросительных труб и отводящих дрен фильтров и траншей применяют трубы минимального диаметра 100 мм, укладывая их в гравийную (или из других крупнозернистых материалов) обсыпку толщиной 5-20 см. Глубина заложения оросительных труб от поверхности земли должна быть не менее 0,5 м. Расстояние между параллельными оросительными трубами и между отводящими дренами в песчано-гравийных фильтрах 1-1,5 м. Уклон оросительных и дренажных труб в фильтрах и траншеях не менее 0,005.
Рис. 5. Очистка сточных вод в септиках и фильтрующих колодцах 1 - канализационный стояк; 2- выпуск из здания; 3 септик; 4 - водоотводная труба; 5 - фильтрующий колодец
Фильтрующие колодцы - предназначены для очистки бытовых сточных вод, поступающих от отдельно стоящих зданий при расчетном расходе не более 1 м3/сут, после предварительной обработки в септике. Их применяют в песчаных и супесчаных грунтах при отсутствии достаточных площадей для размещения полей подземной фильтрации и расположении основания колодца не менее чем на 1 м выше максимального уровня грунтовых вод (рис. 5).
Фильтрующие колодцы круглые по форме выполняют из железобетонных колец диаметром не более 2 м, а прямоугольные - из усиленно обожженного кирпича и бутового камня размером не более 2X2 м в плане и 2,5 м глубиной. Внутри колодца устраивают донный фильтр высотой до 1 м из гравия, щебня, кокса, хорошо спекшегося котельного шлака и других материалов. У наружных стенок и основания колодца выполняют обсыпку из тех же материалов. В стенках колодца ниже подводящей трубы сверлят отверстия для выпуска профильтровавшейся воды. Колодцы перекрывают плитой с люком диаметром 700 мм и оборудуют вентиляционной трубой диаметром 100 мм.
Расчетная фильтрующая площадь поверхности колодца определяется суммой площадей дна и поверхности внутренних стенок колодца на высоту фильтра. Нагрузка на 1 м2 площади фильтрующей поверхности в песчаных грунтах принимается 80 л/сут, а в супесчаных - 40 л/сут. При устройстве фильтрующих колодцев в средне-и крупнозернистых песках или при расстоянии между основанием колодца и уровнем грунтовых вод более 2 м нагрузка увеличивается на 10-20% (последняя цифра принимается при норме водоотведения на 1 человека более 150 л/сут или при среднезимней температуре сточных вод выше 10 °С). Для объектов сезонного действия нагрузка также может быть увеличена на 20%.
Земледельческие поля орошения, устраиваемые на землях колхозов и совхозов, предназначены для круглогодичного приема и обезвреживания сточных вод в процессе их сельскохозяйственного использования. Эти поля имеют невысокие нормы нагрузки на 1 га площади орошения, а также небольшой объем планировочных работ. Круглогодичный прием сточных вод независимо от климатических условий возможен в том случае, если нормы нагрузки не превышают 5-20 м3/сут на 1 га площади орошения. Земледельческие поля орошения располагают на почвах, пригодных для земледелия, или которые можно использовать после надлежащей их подготовки (мелиорации). Естественный уклон земельных участков не должен превышать 0,03 (наиболее приемлем уклон 0,005-0,015).
Городские сточные воды вначале поступают на очистную станцию, где предварительно обрабатываются, т. е. проходят решетку, песколовку и первичные отстойники. В ночное время вода поступает в регулирующие емкости. После отстойников сточная вода самотеком или с помощью насосов подается на командные точки полей.
На территорию полей вода подается по оросительной сети, которая подразделяется:
а) постоянная, подводящая сточную воду к полям севооборота и состоящая из постоянных магистральных и распределительных трубопроводов, укладываемых преимущественно из асбестоцементных труб;
б) временная, состоящая из переносных трубопроводов, временных оросителей, ложбин и водоотводных борозд;
в) поливная, состоящая из борозд, полос и подпочвенных увлажнителей.
Трубопроводы постоянной оросительной сети укладывают с учетом промерзания грунта на пахотных землях на глубине 0,7-1,2 м, а под дорогами и на территории населенных мест-ниже глубины промерзания грунта на 0,1 м до шелыги трубы. Из закрытой постоянной сети вода выпускается специальными водовыпусками. Водовыпускные колодцы в зависимости от рельефа местности и расположения поливных участков при одностороннем распределении размещают на расстоянии 100-200, при двустороннем -200-300 м.
Увлажнительно-удобрительные нормы орошения сточными водами на земледельческих полях орошения устанавливают в зависимости от состава культур и насаждений, потребности их в минеральной пище и воде, санитарно-гигиенических требований, связанных с обезвреживанием сточных вод. Расчетный расход воды составляет 5-20 м3/сут на 1 га или 1800- 7300 м3/год.
- Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях
Биологическая очистка может также осуществляться в естественных условиях на сооружениях почвенной очистки и в биологических прудах.[ ...]
Биологическая очистка заключается в минерализации органических загрязнений сточных вод, находящихся в виде тонко диспергированных нерастворенных и коллоидальных веществ, а также в растворенном состоянии. После такой очистки при помощи аэробных биохимических процессов вода становится прозрачной, незагнивающей, содержащей растворенный кислород и нитраты. Биологическая очистка ведется, либо в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации и биологические пруды), либо в искусственно созданных (биофильтры). Биологическая очистка в искусственно созданных условиях может быть полной, когда БПК сточных вод снижается на 90-95%, и неполной, когда БПК снижается на 40-80%.[ ...]
Биологические пруды и лагуны - искусственно созданные водоемы, в которых для очистки сточных вод используются естественные процессы. Преимущественное распространение получили биологические пруды для очистки сточных вод, прошедших биологическую очистку. Различают пруды с естественной и искусственной аэрацией: за рубежом эти разновидности прудов называют соответственно аэробно-анаэробными (или факультативными) и аэробными (или аэрированными) лагунами. В факультативных лагунах создается аэробно-анаэробный режим за счет обеспечения (путем аэрации) наличия растворенного кислорода только в поверхностных слоях воды. В аэрированных лагунах перемешивание осуществляется с помощью механических аэраторов или путем продувки воздуха через толщу воды.[ ...]
Биологические пруды представляют собой искусственно созданные водоемы (как правило, земляные) для биологической очистки сточных вод, которая осуществляется в основном за счет жизнедеятельности фи-то- и зоопланктона на свету. Такие сооружения могут достаточно хорошо работать при температуре сточных вод более 10°С, поэтому для большинства районов СССР они являются сооружениями сезонного характера.[ ...]
Биологические пруды представляют собой искусственно созданные водоемы для биохимической очистки сточных вод, основанной на процессах самоочищения водоемов.[ ...]
Биологические пруды. Биологические фильтры. .[ ...]
Биологические пруды имеют существенные недостатки, ограничивающие их применение: низкая окислительная способность, большая занимаемая площадь, сезонность работы (не более 6 мес. в средней полосе СССР и 9 мес. - на юге страны), неуправляемость процесса очистки, наличие застойных, неработающих зон, трудность очистки от ила и грязи и др.[ ...]
Биологические пруды обладают небольшой стоимостью строительства и невысокими эксплуатационными расходами, в то же время они отличаются низкой окислительной способностью, сезонностью работы, большой занимаемой площадью, неуправляемостью, наличием застойных зон, трудностью чистки.[ ...]
Биологические пруды представляют собой земляные резервуары с глубиной до 1 м. Они применяются в качестве самостоятельных очистных сооружений при наличии естественных впадин в слабо-дренирующих грунтах в районах со среднегодовой температурой воздуха более 10° С. При этом должны быть приняты меры по предупреждению распространения болезнетворных бактерий и яиц гельминтов животными и водоплавающей птицей. Пруды требуют создания широких санитарно-защитных зон (200 м).[ ...]
Биологические пруды первых двух типов всегда являются рыбоводными.[ ...]
Биологические пруды целесообразно устраивать при наличии непригодных для полей орошения почвогрунтов, благоприятных топографических условий и наличия поблизости водоема с чистой водой, которую можно использовать для разбавления сточной жидкости.[ ...]
Биологические пруды - искусственно созданные или естественные водоемы, в которых очистка сточных вод идет под воздействием природных процессов самоочищения. Они могут применяться как для самостоятельной очистки, так и для глубокой доочистки сточных вод, прошедших биологическую очистку. Представляют собой неглубокие водоемы (0,5-1 м), хорошо прогреваемые солнцем и заселенные водными организмами.[ ...]
В биологических прудах необходимо присутствие водных растений, оказывающих благоприятное воздействие на процессы очистки. Рекомендуется занимать растительностью примерно 1/3 головной части пруда . Высшие водные растения и фитопланктон способствуют снижению количества биогенных элементов в воде, играют большую роль в кислородном режиме, интенсифицируют процессы окисления и нитрификации, а также являются источниками питания пресноводных животных.[ ...]
В биологических прудах необходимо присутствие водных растений, которые оказывают благоприятное влияние на процесс очистки. Иногда в последних ступенях серийных прудов разводят рыбу, что позволяет избежать образования ряски.[ ...]
При отсутствии биологических прудов (III схема очистки) в биоценозах преобладала микрофлора почвы - бактерии, грибы, простейшие (корненожки, жгутиковые, реснитчатые) и беспозвоночные животные (дождевые черви).[ ...]
В первом случае пруды состоят из 4-5 последовательно расположенных секций на местности с уклоном, чтобы вода постепенно проходила все секции. Отделяют одну секцию от другой земляными валиками шириной по верху 1-1,5 м. В первой секции устанавливают поперечные стенки из фашин или плетня, которые задерживают плавающие вещества и улучшают распределение жидкости. В последней секции устраивают шахтные водосборы для выпуска очищенной воды. Кроме того, в каждой секции предусматривают запасные выпуски для опорожнения прудов. Если пруды используются для доочистки сточных вод, то их устраивают из 2-3 секций. В последних секциях разводят рыбу, т. к. вода в них содержит растворенный кислород. Биологические пруды устраивают на слабофильтрующих грунтах, принимая глубину воды 0,5-1 м. Дну прудов придают уклон в сторону течения воды.[ ...]
Опыт применения биологических прудов для очистки сточных вод завода органического синтеза и ряда нефтехимических предприятий оказался весьма положительным.[ ...]
Глубокая очистка биологически очищенных сточных вод ига микрофильтрах обеспечивает снижение содержания взвешенных веществ на 50-70 % и ВПК на 30-40 % общего их содержания в поступающей воде. При этом количество растворенного кислорода практически не уменьшается, что является преимуществом микрофильтров по сравнению с песчаными фильтрами. С применением микрофильтров в системе глубокой очистки появляется возможность уменьшить число вторичных отстойников, сократив продолжительность пребывания сточной воды в них до 30 мин либо заменив I ступень биологических прудов микрофильтрами, уменьшить площадь прудов, капитальные расходы и эксплуатационные затраты. Применение микрофильтров при глубокой очистке сточных вод после вторичных отстойников позволяет уменьшить площадь биологических прудов, что для станций пропускной способностью 50-200 тыс. м3/сут дает экономию в размере 285-764 тыс. руб/год.[ ...]
Время пребывания воды в прудах зависит от вида и концентрации загрязнений и колеблется в широких пределах - от 3 до 50 суток; оно резко снижает-ся, если вода в прудах подвергается искусственной аэрации. На предприятиях нефтеперерабатывающей и химической промышленности биологические пруды используют в основном для доочистки сточных вод, прошедших сооружения биологической очистки: концентрация нефти и нефтепродуктов снижается настолько, что в последних секциях прудов уже можно разводить рыбу. Имеется положительный опыт использования в биологических прудах одноклеточных водорослей - хлореллы для очистки стоков от капро-лактама, сероуглерода и др.[ ...]
Существенным недостатком биологических прудов, кроме полной неуправляемости процесса, является то, что скорость окисления органических соединений в них очень незначительна. Это приводит к тому, что время пребывания воды в биологических прудах составляет несколько суток и при очистке только этим способом сточных вод крупнотоннажных производств пришлось бы занимать огромные площади очистными водоемами.[ ...]
Существенным недостатком прудов с естественной аэрацией является потребность в больших площадях. Значительное сокращение площади биологического пруда достигается применением искусственной аэрации. В таких прудах аэрационными устройствами (поверхностными механическими аэраторами, дырчатыми пневматическими аэраторами) создается постоянное движение воды, в 5-7 раз увеличивающее коэффициент неконсервативности.[ ...]
На рис. 6.11 показаны аэрируемые биологические пруды, предназначаемые для доочистки сточных вод. Пруды запроектированы на площади 7,25 га при глубине 3 м. Нагрузка на 1 га -3448 м3/сут, продолжительность пребывания воды в прудах - 8,7 сут. Пруды имеют две секции, каждая секция состоит из пяти ступеней. Между ступенями и секциями имеются перепуски. Первые четыре ступени прудов оборудуются механическими аэраторами, пятая ступень - отстойная. Эффект очистки по БПК20 -до 75%, по взвешенным веществам -до 80%.[ ...]
Аэробные (аэрируемые или неаэрируемые) биологические пруды устраиваются следующих типов: 1) для биологической очистки отстоенных сточных вод; 2) для доочистки биологически очищенных сточных вод; 3) рыбоводные.[ ...]
Рекомендуется проектировать трехкаскадные биологические пруды прямоугольной формы с отношением ширины к длине 1:2ч-1: 3. В первых двух каскадах следует предусматривать по две параллельные секции, что позволяет их периодически очищать. При расчетах продолжительности пребывания воды в секциях пруда необходимо учитывать, что первая секция одновременно выполняет функцию отстойника, во второй секции происходит основное потребление субстрата сточных вод, а третья секция является стабилизатором, в котором заканчивается процесс очистки. Исходя из этого, продолжительность пребывания воды в первой секции следует принимать равной одним суткам, а глубину - Зм, при этом снижение БПКп сточных вод составит 10-15%. Методика расчета биологических прудов приведена в работах .[ ...]
Схема II. Сточные воды после механической очистки направляются в биологические пруды или глубоководные лиманы, из которых поступают на орошение.[ ...]
Другим методом биохимической очистки сточных вод является создание биологических прудов, в которых используется способность природных вод к самоочищению. Биологические пруды представляют собой водоемы площадью 0,5-1,0 га, в которых сточные воды могут очищаться в аэробных и анаэробных условиях. Анаэробные пруды служат для предварительной очистки высококонцентрированных сточных вод: за 30-50 суток обеспечивается снижение БПК в воде на 50-70 %. Глубина таких прудов достигает 2,5-3 м.[ ...]
К числу методов ааробной очистки сточных вод отнооитоя также очистка в биологических прудах. Биологические пруды представляют ообой оиотему земляных резервуаров глубиной 1,0-1,5 м, по которым протекает вода и проиоходит ее очищение от загрязнений в условиях, близких к самоочищение в естественных водоемах. Обычно биологические пруды состоят из последовательно расположенных секций (до 5-8 секций), целесообразно также разделение секций на параллельно расположенные отсеки для удобства очистки от ила и грязи.[ ...]
Перспективны многоступенчатая очистка сточных вод на биоокислителях, использование специфических культур микроорганизмов, применение стимуляторов биохимических процессов, ‘повышение дозы активного ила, а также температуры среды, анаэробная обработка сильно концентрированных сточных вод и т. д.[ ...]
Кавказским отделом гидрогеологии и водных ресурсов предложено создавать биологические пруды, обладающие повышенной самоочищающей способностью по отношению к нефтепродукту. Биопруд состоит из двух каскадов плотин, построенных в местах сточных вод. Верхний каскад пруда задерживает механические примеси и крупные частицы, а в нижнем каскаде происходит очистка от нефти и солей. Уровень воды в пруду на втором каскаде поддерживается на заданном уровне. Вода задерживается на десятки часов для микробиологического очищения. Иловые отложения (микроорганизмы) и мелководье создают благоприятные условия для роста камыша, осоки, то есть тех растений, которые потребляют неорганические ионы и способствуют развитию нефтеокисляющих бактерий.[ ...]
Изложенное свидетельствует о том, что во многих случаях поля фильтрации и биологические пруды не могут быть применены по климатическим, грунтовым, гидрологическим условиям или из-за отсутствия достаточных площадей земли.[ ...]
Большое количество питательных веществ в воде способствует сильному развитию в биологических прудах водорослей - ряски, особенно на наиболее мелких участках их. Для борьбы с ряской и возможного ее использования желательно разведение на биологических прудах уток, для которых ряска является хорошим кормом. Уничтожение ряски благоприятствует солнечной радиации пруда. С этой же целью, т. е. для лучшей солнечной радиации пруда, не рекомендуется засаживать дамбы, окаймляющие пруды, деревьями и кустарниками.[ ...]
Таким образом, использование методов био.тестирования позволило установить, что в биологических прудах происходит не только улучшение качества биохимически очищенных сточных вод НПЗ по химическим показателям, но также резко уменьшается, а в летний период практически исчезает их токсическое воздействие на водные организмы. Поэтому биологические пруды являются обязательными в схеме очистных сооружений НПЗ при сбросе очищенных сточных вод в водоем.[ ...]
Биохимическое окисление проводят как в естественных условиях на полях фильтрации, орошения и биологических прудах, так и в искусственно созданных условиях на биофильтрах и в аэротенках Поля фильтрации, поля орошения и биофильтры функционируют за счет почвенных биоценозов; биологические пруды и аэротенки - за счет биоценозов водоемов.[ ...]
Процессы самоочищения протекают медленно, в связи с чем время пребывания сточной воды в таких прудах составляет обычно несколько десятков дней. В зимнее время биологические пруды вообще малоэффективны. Поэтому как самостоятельные сооружения биологические пруды для очистки производственных сточных вод химических предприятий не получили распространения. Пруды, например, построены и действуют на Пермском и Волгоградском нефтеперерабатывающих заводах. Чаще биологические пруды устраиваются за сооружениями искусственной очистки и служат для дополнительной очистки, являясь буфером перед водоемом.[ ...]
В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой, в которой интенсивно протекают процессы биологического окисления органических веществ. В биологических прудах в очистке принимают участие все организмы, населяющие водоем. Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Очищающим началом является активный или из бактерий и микроскопических животных. Микробоценоз активного ила бурно развивается в аэро-тенках (обильный приток питательных веществ, избыток подаваемого кислорода). Сточные воды перед биологической очисткой подвергаются дезинфекции для удаления патогенной микрофлоры.[ ...]
Дополнительный отвод земель под очистные сооружения в настоящее время резко сокращается. Поэтому все чаще используют другие способы очистки, например в непроточных биологических прудах. Для переоборудования существующих полей фильтрации в непроточные биологические пруды не требуется значительных капитальных затрат. Это обусловило реализацию данного способа на нескольких десятках сахарных заводов СССР. Для интенсификации очистки сточных вод в биологических прудах культивируют одноклеточные зеленые водоросли, а в глубоких прудах (до 4 - 5 м) осуществляют искусственную аэрацию воздухом.[ ...]
За счет выделения водорослями бактерицидных веществ происходит отмирание бактерий, и в частности патогенных кишечной группы. Поэтому в процессе доочистки сточных вод в биологических прудах имеет место не только удаление биогенных и оргаяических веществ, но и бактериальных загрязнений. Как уже указывалось, для целей доочистки должны применяться строго аэробные биологические пруды. Обязательными условиями нормальной работы таких прудов является соблюдение оптимальных для водных организмов реакции среды (pH) и температуры, а также наличие растворенного...кислорода не менее 1 мг/л. Важное, значение имеет перемешивание воды, которое препятствует образованию анаэробных зон и способствует процессам стабилизации качества воды.[ ...]
При выборе типа очистных сооружений рекомендуется в первую очередь оценить возможность применения сооружений естественной очистки сточных вод как наиболее дешевых. К их числу относятся поля фильтрации, биологические пруды и сооружения подземной фильтрации.[ ...]
Процессы глубокой доочистки часто называют третичной очисткой. Она проводится в специальных сооружениях, где образующийся при минерализации органических веществ азот является исходным для дальнейших превращений. К третичной очистке относится и доочистка сточных вод в биологических прудах с использованием высшей растительности. Однако в процессах нитрификации потребляется большое количество кислорода. Так, на окисление 1 мг аммонийного азота до нитритов необходимо 3,43 мг 02, а до нитратов - 4,57 мг 02 . Поэтому сброс неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод приводит к увеличению потребления кислорода, превышающего величину БПК.[ ...]
Учитывая необходимость.глубокой очистки сточных вод, в 1969 г. существующие очистные сооружения были дополнены новым комплексом сооружений, представляющим по существу станцию восстановления воды. Исходя из эффективности работы имеющихся сооружений необходимо было обеспечить удаление выносимых из биологических прудов водорослей, снизить значение pH воды, после чего осуществить более глубокое удаление загрязнений, находящихся в коллоидной и растворимой форме, а также бактериальных загрязнений.[ ...]
Для определения потребляемой мощности N крутящий момент МКр необходимо умножить на частоту вращения или угловую скорость со. Таким образом, для пневмомеханических аэраторов значительно сильнее, чем для механических поверхностных аэроторов выражена зависимость N со д, характеризующая работу мешалок. Чтобы реально воспользоваться решением уравнения (115), необходимо знать зависимость плотности р от газо-содержания жидкости с учетом расхода подводимого воздуха.[ ...]
Макрофиты - -водные фотосинтезирующие растения, плавающие на поверхности воды или погруженные в ее толщу. Плавающие растения не имеют корней и держатся на поверхности воды. К наиболее распространенным плавающим растениям относится ряска, маленькое растение с тремя листьями, имеющее диаметр 5 мм. Другое распространенное растение данного типа - водяной гиацинт. Все или большинство лиственных погруженных в толщу воды растений растут под поверхностью воды. Они могут в зависимости от чистоты воды иметь корни на глубине более 3 м. Погруженные растения закрепляются корнями в донном иле, а их лиственная часть располагается над поверхностью воды. Озера с каменистым и гравийным дном и небольшим количеством питательных веществ в воде не являются благоприятными для роста водных растений, тогда как в эвтрофицированных озерах, в мелких заводях и вдоль береговых линий они растут в изобилии. Слив сточных вод в озера и водоемы может стимулировать рост растений при других благоприятных условиях, таких, как достаточно высокая температура и наличие солнечного света. В биологических прудах сдерживают рост водных растений, устраивая достаточно крутые боковые стенки и сохраняя глубину воды не менее 1 м, чтобы предотвратить проникание солнечных лучей на дно.[ ...]
Механическая аэрация применяется в практике очистки сточных вод более 60 лет. Еще в 1916 г. в Шеффилде (Англия), в аэротенках был применен винт Архимеда. Смазка осуществлялась сточной жидкостью, набиравшейся черпачком, который был прикреплен на валу рядом с подшипником. Одним из первых механических вертикальных аэраторов серийного изготовления является "Симплекс", известный в 30-е гг. как аэратор системы Болтона. В 1932-1936 гг. проводились опыты по применению импеллерного аэратора кавитационного типа в СССР. После второй мировой войны была проделана значительная работа по усовершенствованию аэрационного оборудования, особенно фирмами США, ФРГ, Голландии и Франции. Если в прошлом область применения механических аэраторов ограничивалась установками малой пропускной способности для очистки бытовых стоков, то в настоящее время диапазон их использования увеличен до пропускной способности 50-100 тыс. мЗ/сут. Механические аэраторы применяют также в биологических прудах и для аэрации рек.