Сущность процесса очистки хозяйственно-бытовых сточных вод

1) Механическая очистка сточных вод заключается в извлечении крупных примесей на решетках с прозорами Ø60мм, улавливании песка в песколовках поз. Е9-10*, Е120-121 и осаждений взвешенных органических загрязнений в первичных отстойниках поз. Е12-15,Е120-121.

Улавливание песка осуществляется в круговом лотке песколовок поз. Е9-10, Е120-121 при горизонтальном движении воды. Находясь во взвешенном состоянии песок и другие минеральные частицы, опускаются под действием сил тяжести в нижнюю коническую часть кругового лотка и через щель шириной 50мм попадают в бункер песколовки поз. Е9-10, Е120-121.

Осаждение органических загрязнений осуществляется в первичных отстойниках поз. Е12-15,Е122-125.В этом случае также используются гравитационные силы. Вода по рабочему сечению отстойника поднимается вверх, а осадок, имеющий большую гидравлическую крупность, опускается вниз, в иловую часть отстойника объемом двухсуточного запаса.

Время отстоя воды в первичном отстойнике 1,5 часа.

Влажность осадка 95%.

Осадок из иловой части отстойника сбрасывается на иловые площадки поз. Е39-42,Е134-12.Осветвленная вода отводится по сливному лотку (желобу), расположенному по периметру отстойника в аэротенк поз. Е18,Е130.

2) Метод биологической очистки сточных вод основан на способности микроорганизмов использовать разнообразные вещества, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания в процессе жизнедеятельности. Основным сооружением биологической очистки является аэротенк.

Суммарную реакцию биологического окисления можно представить в виде следующих схем:

        (1)

                          (2)

                                         (3)

                                                (4)

*Значения всех позиций смотреть в спецификации приложения В.

где обозначает органические вещества сточных вод.

- среднестатистическое соотношение основных элементов продуцируемого клеточного вещества.

Реакции (1,2) символизируют биологический процесс очистки от исходных загрязнений состава . Реакция (1) – окисление вещества на энергетические потребности клетки. Реакция (2) на синтез биомассы состава . Затраты кислородной реакции (1,2) соответствует БНК сточной воды.

 Если окисление проводится достаточно долго, то после использования исходного органического вещества начинается процесс окисления клеточного вещества бактерий (реакция 3).

По реакции (4) производится биологическое окисление аммонийного азота сначала до нитритного, а затем до нитратного.

Для эффективного процесса очистки воды в среде должна быть достаточная концентрация всех основных элементов питания - органического углерода (БПК), азота, фосфора.

Кроме основных элементов состава клетки (С,N,O,H) ей необходимы и другие элементы (калий, кальций, магний, сера, железо, марганец и другие.) в незначительных количествах. Достаточность элементов питания определяется соотношением БНК :N:P=100:5:1.

Органические загрязнения находятся в сточных водах в растворённом, коллоидном                          и нерастворенном состоянии. Ряд микроорганизмов, в частности бактерии, вирусы,                                                     использовать питательные вещества лишь в виде относительно небольших молекул в водном растворе. Крупные частицы загрязнений перерабатываются бактериями первоначально вне клетки. Бактерии выделяют во внешнюю среду в значительных количествах в пищеварительные ферменты, где они контактируют с крупными частицами веществ и осуществляют гидролитический распад сложных органических веществ до более простых, небольших по размеру молекул, которые затем проходят через оболочку клетки и поступают в протопласт.

Практически все химические преобразования от начала процесса усваивания в живом веществе осуществляется с помощью ферментов, каталическая функция которых лежит в основе жизнедеятельности любого организма.

Метаболизм в аэробных условиях заключается в создании в резервуаре со сточной водой взвешенного слоя активного ила, через который протекает сточная вода.

Бионаселение активного ила весьма разнообразно. Оно включает бактерии, которым в процессе очистки отводится главенствующая роль: простейшие, грибы, некоторые высшие организмы (типа коловраток, червей, клещей), водоросли, вирусы (см. рис.5).

Рисунок 5 - Одноклеточные

В активном иле всегда присутствует зоочлейные скопления, состоящие из развитых форм разнообразных видов бактерий, число которых колеблется от 10 до 10 на 1мг сухого вещества.

По внешнему виду ил представляет собой мелкие хлопья светло-коричневого цвета, которые состоят из большого числа многослойно расположенных микроорганизмов. Химический состав и качество ила зависят от состава сточных вод, гидродинамических         условий перемешивания, соотношения поданных загрязнений и жизнедеятельности ила.

Показателями ухудшения качества ила является наличие нитчатых бактерий и вспухание.

Процесс изъятия и потребления загрязнений микроорганизмами состоит в основном из трех стадий:

-массопередача органического вещества и кислорода из жидкости к поверхности клетки;

-диффузия вещества и кислорода через полупроницаемую мембрану клетки;

-метаболизм (биологическое превращение вещества внутри клетки), сопровождающийся приростом биомассы, выделением энергии, СО  и т.д.

На процесс очистки влияют ряд факторов. К ним относятся:

- проницаемость - возможность использования микроорганизмами различных соединений определяется способностью вещества проникать в микробную клетку. Проницаемость зависит от величины и строения молекул загрязнений, степени диссоциации их на ионы, способности адсорбироваться на поверхности клетки и растворяться в составляющих ее компонентах и т.д.;

 - токсичность загрязнений. Обычно ядовитое действие проявляется лишь при высоких концентрациях токсического вещества. При разбавлении токсические вещества либо не препятствуют использованию микроорганизмами соединений, либо сами поглощаются бактериями. Активный ил можно адаптировать (приспособить) к поглощению различных загрязнений, если концентрацию этих загрязнений увеличить постепенно, доводя до определенного предела, который может быть выше первоначально гибельной концентрации. Особенно токсичны соли тяжелых металлов: повышенная концентрация неорганических солей или резкие колебания их концентраций;

- достаточность кислорода. При недостатке кислорода развиваются другие формы бактерий – анаэробные (живущие без доступа кислорода), которые вытесняют аэробные и ухудшают качество очистки стоков. Потребность сооружений в кислороде зависит от количества и состава микроорганизмов (т.е. дозы ила в аэротенке) состава очищаемой жидкости и ее температуры;

- активная реакция среды (рН). Жизнедеятельность большинства микроорганизмов протекает при рН4-9,5, при р<Н4 и р>Н9,5 их жизнедеятельность прекращается. Оптимальная величина рН лежит в пределах 6,5 - 8,2. При рН<7 сильнее проявляется токсичность веществ. Отклонение рН на одну единицу в ту или другую сторону от оптимальной величины сильно влияет на эффективность процесса очистки;

- температура. Жизнедеятельность большинства микроорганизмов, при помощи которых ведется очистка стоков, протекает при температуре в пределах от 3° до 40°С. Высокая температура убивает микроорганизмы, а низкая вызывает их временное оцепенение. Оптимальной является температура 10 - 15°С. Изменение температуры воды вызывает изменение растворимости кислорода в воде;

- перемешивание. Перемешивание сточной воды и активного ила в аэротенках происходит подаваемым воздухом и обеспечивает поддержание активного ила во взвешенном состоянии, создает более благоприятные условия массопередачи питательных веществ и кислорода к поверхности микробных клеток; при этом ускоряется процесс очистки;

- биогенные элементы. Азот и фосфор являются необходимыми компонентами клеточного материала для всех организмов. Недостаток их приводит к резкому нарушению процесса биологической очистки сточных вод, снижению физиологической активности микроорганизмов и интенсивности окисления стоков. Другие микроэлементы обычно в достаточном количестве присутствуют в сточных водах;

- доза активного ила. Интенсивность и эффективность очистки сточных вод зависит от дозы ила. Доза ила поддерживается в аэротенке до 1 г/л;

- покзателем качества активного ила является способность его к осаждению. Эта способность оценивается значением илового индекса, представляющего собой объём активного ила после 30 минутного отстаивания, который относят к 1г сухого вещества ила. Хорошо оседающим считается ил с индексом 100-120. Ил глубоко-минерализованный может иметь индекс 60-90.

В неблагоприятных условиях, при резкой перегрузке или недогрузке ила, резком изменении температуры, состава стоков и т.п. ил может вспухать (см. рис.6).

Рисунок 6 – «Вспухший» ил

«Вспухший» активный ил имеет индекс более 150.

Такой ил плохо оседает и отделяется от воды во вторичных отстойниках.

3) Для выделения активного ила на очищенных сточных вод после аэротенка устанавливаются вторичные отстойники. До 50% активного ила, остающегося во вторичном отстойнике перекачивается снова в аэротенк для поддержания необходимой концентрации ила в аэротенке, т.к. естественный прирост нужную концентрацию ила не обеспечивает. Избыточное его количество отправляется на иловые площадки.

4) Избыточный активный ил (прирост) и сырой осадок на первичных отстойниках, составляющие около 1% объёма сточных вод обезвоживаются и подсушиваются на иловых площадках. Подача их на площадки производится слоем 5-10см.

Влага частично просачивается в дренажный трубопровод, часть её удаляется испарением. В летнее время на иловых площадках развивается процесс сбраживания. В зимнее время осадок на иловых площадках намораживается. Подсушенный осадок имеет структуру влажной земли.