Технология биологической очистки сточных вод

Методы биоочистки активно применяются в промышленных и бытовых условиях.

Использование микроорганизмов – обязательный этап улучшения качества сточных вод наряду с механическими, физическими и химическими способами.

Природный процесс, воссозданный в искусственных условиях, помогает справиться со многими загрязнениями без применения дорогостоящих технологий.

Что это такое и каков принцип работы?

После этапа механической фильтрации (удаления нерастворимых частиц) сточные воды попадают на биологическую очистку.

Принцип основан на способности некоторых микроорганизмов расщеплять органические соединения до простых веществ – воды, углекислого газа, метана, сероводорода. Органика является источником энергии для бактерий и простейших.

Сточные воды включают в себя нитраты, аммиак, аминокислоты – они содержат азот, который обеспечивает жизнедеятельность микроорганизмов.

Фосфор и калий добывается бактериями из минеральных солей.

Чем больше в сточных водах этих веществ, тем интенсивнее размножение микроорганизмов и эффективнее очистка.

Методы очистки сточных вод

Специалисты выделяют две большие группы методов биоочистки:

• Естественные. Для улучшения качества сточных вод используются природные процессы, протекающие в воде, почве, растительных экосистемах. Загрязнения удерживаются, минерализуются, трансформируются или переносятся. Естественные экосистемы используются для доочистки сточных вод перед их спуском в водоемы.
• Искусственные методы. Для их реализации используются сооружения, созданные человеком. В них помещаются аэробные или анаэробные микроорганизмы и обеспечиваются благоприятные условия для переработки загрязнений.

Эффективность

Биологическая очистка сточной воды в промышленных условиях избавляет от 98% загрязнений.

Чтобы поддерживать процесс, нужно все время вносить активные микроорганизмы.

Биологический метод помогает переработать такие загрязняющие вещества и их соединения:

• Аммонийный азот;
• Легкоокисляющиеся органические соединения: бензол, глюкозу, ацетон, этанол и т.д.;
• Калий;
• Фосфор;
• Кальций;
• Белки, жиры, углеводы.

К сточным водам относятся промышленные и хозяйственно-бытовые стоки, а также атмосферные осадки. Все эти группы обязательно проходят этап биологической очистки на промышленных или локальных сооружениях.

Плюсы и минусы

Преимущества биологической очистки:

• Малое количество отходов. После переработки образуются вещества (углекислый газ, вода), которые легко утилизируются. Если при очистке выделяется метан, его используют для получения тепловой энергии. Переработанный ил – хорошее удобрение.
• Системы для биологической очистки работают автономно. Для их обслуживания не нужно вводить реагенты, а с контролем процесса справится 1 человек.
• Стоимость реализации биотехнологий ниже, чем на другие способы очистки воды.
• Естественные реакции создают экологически чистый цикл природного использования.

Биологическая очистка сточных вод не лишена недостатков.

Главные минусы метода:

• Сложность сохранения постоянного количества биомассы бактерий. Если их будет меньше нормы, сточные воды не очистятся полностью.
• В постройку очистных сооружений нужно вложить много денег. Но со временем затраты окупаются.
• Технологический режим очистки должен строго соблюдаться. При нарушениях эффективность метода значительно снижается.
• Не все органические соединения подлежат переработке. Если в сточных водах есть токсические соединения, их нужно удалить, иначе биомасса погибнет.

Механизм процесса

Для улучшения качества сточных вод используется два метода: аэробная и анаэробная биологическая очистка. В первом случае процесс протекает с помощью кислорода, во втором – без него.

Механизм очистки зависит от выбранного метода и биоценоза.

Технологическая схема аэробной чистки

Агентом выступает биопленка или активный ил.

Это совокупность бактерий, грибов, простейших, представителей микрофауны того или иного рода/группы с заданными характеристиками.

Классическая схема аэробной очистки выглядит так:

1. Сточные воды попадают в анаэробную зону аэротенка-вторичного отстойника. Там они перемешиваются с активным илом.
2. В установку нагнетается кислород, при необходимости вводятся компоненты, способствующие переработке.
3. Происходит два биохимических процесса: окисление органического углерода и нитрификация.
4. Осуществляется один или несколько рециклов: воды снова перемешиваются с активным илом и обогащаются кислородом.
5. Переработанные стоки отстаиваются – происходит гравитационное разделение иловой смеси.
6. Избыточный активный ил поступает на переработку, а часть массы возвращается на исходную позицию.
7. Очищенные воды поступают на доочистку или спускаются в водоем.

Этапы очистки отличаются в разных системах, но суть метода остается той же.

Анаэробной

Этот метод применяется, когда в сточных водах большое количество органических загрязнений, твердых осадков и активного ила. В ходе метаногенеза (так называется процесс анаэробной очистки) загрязнения конвертируются в биогаз, который состоит из метана и углекислого газа.

Технологическая схема классической анаэробной очистки:

Сточные воды попадают в отсек, где происходит метановое брожение. После взаимодействия анаэробных бактерий с загрязнениями образуется метан, углекислый газ, сероводород. Эти газы утилизируются.

Сброженный осадок поступает в следующий отсек, где происходит обезвоживание ила в центрифуге. Затем очищенная вода спускается в водоем.

Обезвоженный ил поступает в барабанную сушилку. Выделившуюся воду утилизируют.

Сухой ил обеззараживается и становится материалом для компостирования.

Помощь микроорганизмов и бактерий

Аэробные бактерии запускают процессы окисления и нитрификации. Для этого им нужен кислород. Микроорганизмы живут в диапазоне температур – от +9 до +28 градусов, рН – 5,0-7,0.

• Псевдомонады – занимают 80% активного ила. Перерабатывают спирты, жирные кислоты, ароматические углеводороды, парафины и другие органические вещества.
• Нитрифицирующие – окисляют соединения азота.
• Серобактерии и тионовые бактерии – перерабатывают восстановленные соединения серы.
• Нитчатые – окисляют соединения углерода.
• Целлюлозоразлагающие – перерабатывают целлюлозное волокно.

В активном иле также встречаются:

1. дрожжи,
2. плесневые грибы,
3. простейшие,
4. коловратки,
5. малощетинковые кольчатые черви.

Анаэробные бактерии не нуждаются в кислороде. Они запускают процессы брожения, аноксигенного окисления и метанообразования.

Группы анаэробных бактерий:

• Гидролитики – отвечают за первую стадию метаногенеза. Бактерии расщепляют белки, жиры, соединения целлюлозы, крахмала, обладают аммонифицирующей активностью. В результате образуется глицерин, жирные кислоты, аминокислоты, пептиды, моно- и дисахариды.
• Ацидогенные – отвечают за вторую стадию метаногенеза. С помощью бактерий происходит маслянокислое, ацетоно-бутиловое, пропионовое, спиртовое брожение. Перерабатываются промежуточные продукты гидролиза.
• Гетероацетогенные – отвечают за третью стадию метаногенеза. Бактерии переводят органические кислоты (масляную, пропионовую) в уксусную кислоту.
• Метаногенные – завершают анаэробную очистку. Микроорганизмы образуют биогаз, перерабатывая водород, углекислый и чадный газ, ацетат, метиламин, метанол.

Состав доминирующей микрофлоры зависит от характеристик стоков.

Системы

Для искусственной аэробной очистки чаще всего используют такие сооружения:

• Аэротенк – резервуар, в котором стоки смешиваются с активным илом. Часто он разделен на несколько камер, где происходят разные этапы биоочистки. Резервуар оснащен аэратором – системой подачи кислорода.
• Биотенк – разновидность аэротенков, в которой специальная загрузка позволяет увеличить общее количество биомассы.
• Биофильтр – бассейн с дренажем на днище. Очистка стоков происходит путем минерализации. Биоценоз – пленка аэробных микроорганизмов.
• Станция биологической очистки – локальное сооружение, которое устанавливается там, где нет возможности провести общесплавную канализацию. Очищенные стоки спускаются в грунт, а отходы используются в качестве удобрения. Станции перерабатывают объем сточных вод от 5 до 1000 куб. м. ЛОС очищают от 98-99% загрязнений.

Процессы анаэробной очистки зачастую проходят в таких традиционных сооружениях:

• Анаэробная лагуна – один или несколько отстойников, где стоки находятся от 1 недели до 2 месяцев. Газы выделяются в атмосферу.
• Септитенк – отстойник закрытого типа, в котором осадок из образовавшихся твердых частиц перегнивает и расщепляется анаэробами.
• Метантенк – конструкция, внешне похожая на септитенк. Но в резервуаре происходит перемешивание, обогрев и контроль основных параметров.

Биопрепараты

Биопрепараты применяют для выполнения таких задач:

• Разложения органики: жиров, углеводов, белков;
• Стимуляции работы активного ила;
• Сокращения объема побочных продуктов в виде осадка;
• Ускорения процесса переработки;
• Снижения показателей биохимического потребления кислорода (БПК, ХПК);
• Наращивания и восстановления активного ила.

Производители выпускают препараты, где сконцентрировано определенное количество штаммов натуральных бактерий.

Каждый биопрепарат содержит разные штаммы микроорганизмов, которые подбираются в зависимости от состава сточных вод.

Популярные биопрепараты:

Название	Цель использования	Цена
Biofos	Очистка бытовых сточных вод	43 р./25 мг
bioExpert BIO STARTER	Стимуляция развития активного ила в септике или выгребной яме	565 р./400 г
Unibac (compost, start, winter, effect)	Очистка бытовых и промышленных стоков, наращивание активного ила	470-750 р./0,5 л.

Доочистка хозяйственно-бытовых стоков

В некоторых случаях после биологического этапа воды должны пройти доочистку.

Это нужно, когда:

• Их планируют спускать в маломощные водоемы, особенно предназначенные для рыбного хозяйства;
• Их будут использовать в промышленности или в бытовых целях.

Несколько месяцев воды отстаиваются в биопрудах, и после удовлетворительного лабораторного анализа поступают в конечный пункт.

Полезное видео

Смотрите интересный видеоматериал, в котором подробно рассказано о процессе очистки сточных вод биологическим методом.

Заключение

Биологическая очистка сточных вод – метод, основанный на возможностях микроорганизмов, при помощи которых можно перерабатывать органические и некоторые минеральные загрязнения.

Особенности процесса:

• Происходит при участии аэробных и анаэробных бактерий;
• Осуществляется в природных или искусственно созданных условиях;
• Метод удаляет 98-99% загрязнений;
• Промышленная очистка стоков проходит в аэро-, био-, метантенках;
• На любом участке можно установить локальные очистные сооружения;
• Для запуска и интенсификации процесса используются биопрепараты;
• Отходы, образующиеся в результате процесса, экологически безопасные;
• Когда к сточным водам предъявляются повышенные требования по химическому составу, они проходят доочистку.

Биологическая очистка – обязательный этап улучшения качества сточных вод. Соблюдение технологий делает процесс безопасным, высокоэффективным и даже полезным для окружающей среды.

Уровень современной промышленности обуславливает максимальную интенсификацию всех технологичных процессов, и сопутствующую ей экономию средств.

Схема биологической очистки бытовых сточных вод.

Для того чтобы снизить производственные расходы большинство прогрессивных предприятий практикуют безотходное производство, которое обеспечивает наиболее рациональное использование всех ресурсов.

Одной из главных особенностей данной технологии, предопределяющих её сущность, является вторичное использование сточной воды. Для того чтобы можно было заново применять уже отработанные сточные воды требуется их качественная очистка и обеззараживание.

1 Какое назначение биологических способов очистки воды?

На сегодняшний день максимальная фильтрация воды возможна исключительно при комбинировании доступных методов очистки — ни один отдельно взятый способ не может гарантировать достаточную эффективность.

В то время как организация поэтапного процесса, когда каждый способ очистки отвечает за удаление определенных загрязняющих веществ, дает возможность получить необходимый результат.

Ключевым способом обработки стоков является микробиологическая очистка воды, в её основе лежат естественные закономерности биохимического самоочищения природных водоемов, которые имитируются при помощи промышленных технологий.

Кроме очистки сточных вод промышленных предприятий, биологические методы обработки воды показывают отличную эффективность при очистке коммунально-бытовых стоков.

В этом случае раскрывается одно из главных достоинств такого метода: биохимическая очистка воды делает возможным её дальнейшее использование в сфере сельского хозяйства в качестве удобрений. Биохимический метод очистки считается одним из самых популярных и востребованных в этой сфере.

В целом, проанализировав сферы применения биологической очистки сточных вод, можно сделать вывод, что данный способ распространяется практически на все области промышленности:

• Фармацевтическая промышленность;
• Пищевая промышленность;
• Химическая промышленность;
• Целлюлозно-бумажное производство;
• Сфера санитарно-гигиеничного обслуживания;
• Сельско-хозяйственная сфера;
• Нефтеперерабатывающая промышленность.

Крупные очистные сооружения для биохимической обработки сточных вод.

Идентичная естественной биологическая флора, которую содержат современные биофильтры, дает возможность получить высококачественную очистку бытовых и промышленных сточных вод.

А они уже, впоследствии, могут повторно применятся в технологических процессах, либо безопасно утилизироваться, не оказывая, при этом, негативного влияния не экологию.
к меню ↑

2 Преимущества и недостатки

Способ биологической очистки заключается в том, что окисление, расщепление и последующее уничтожение органических загрязнений сточной жидкости является результатом процесса жизнедеятельности простейших микроорганизмов.

Эти микроорганизмы искусственно культивируются в специальных устройствах (биофильтры, аэротенки и т.д.), через которые проходит обрабатываемая вода.

Всю совокупность биологических методов обработки условно разделяют на две группы, которые зависят от вида используемых микроорганизмов:

• Аэробный способ – для очистки воды применяются бактерии, жизнедеятельность которых возможна только при неограниченном доступе кислорода;
• Анаэробный способ – использование микроорганизмов, которые не нуждаются в кислороде.

Пустой резервуар для биологической очистки сточных вод в бытовых условиях.

Также иногда выделяют ещё одну – азотную группу, это бактерии, которым для жизни необходима насыщенная азотом среда.

к меню ↑

2.1 Аэробная биологическая очистка

Аэробный способ очистки бытовых и промышленных вод дополнительно делится на категории, которые определяются типом используемых резервуаров, где выполняется обработка стоков.

Это могут быть: биофильтры, биологические пруды, поля фильтрации, либо аэротенки. В целом, непосредственно на саму сущность метода очистки, вид резервуара не оказывает никакого влияния – все они имеют идентичный способ минерализации загрязняющих веществ.

Основным биологическим веществом для аэробной очистки является «активный ил», который иногда называют биопленкой. На каждом предприятии, в зависимости от состава сточных вод, структура активного ила будет разной.

Сам по себе активный ил существует в виде хлопьев темно-коричневого цвета, размер которых не превышает пары сотен микрометров. Среднестатистический ил на 30% состоит из твердых неорганических частиц, а на 70% из живых микроорганизмов, которые в процессе жизнедеятельности используют твердые частицы как среду обитания.

Основную часть бактерий в активном иле составляют организмы семейства Pseudomonas, однако разный состав стоков будет определять преобладающую группу микроорганизмов.

Главной характеристикой активного ила, которая предопределяет его очистные способности, является возможность бактерий использовать органические загрязнители как средство питания. Такие бактерии поглощают внутрь своей клетки загрязняющие вещества, которые там подвергаются изменению биохимической структуры.

В целом, полная аэробная биологическая очистка бытовых и промышленных стоков, при выполнении всех технологических требований, способна обеспечить удаление около 90 процентов всех окисляемых загрязнений содержащихся в воде.

На сегодняшний день технология аэробной очистки требует искусственного ускорения процесса, так как его естественное протекание требует больших временных затрат. Естественная аэробная биологическая очистка осуществляется на специальных полях фильтрации, такой способ, помимо длительного периода протекания, характеризуется ещё и слабой эффективностью, которая не превышает 50% по большинству наиболее распространенных загрязнителей.

Для того чтобы в промышленных условиях ускорить аэробный метод используются специальные емкости, при пребывании в которых сточные воды искусственно насыщаются кислородом. Такие резервуары на дне имеют пористые контейнеры из полимерного материала, в которых культивируются колонии микроорганизмов.

Под контейнерами располагаются аэраторы – трубы с маленькими отверстиями, что наполняют воду кислородом. Также катализирующим фактором является температура жидкости, которая должна поддерживаться на необходимом уровне.

К слову, и сами микроорганизмы производят определенную регуляцию среды обитания – в процессе окисления и разложения органических загрязнений происходит выделение значительного количества энергии, что существенно повышает температуру жидкости.

Такие устройства для биологической обработки воды, помимо промышленных очистных сооружений, получили широкое распространение и в бытовых условиях – биофильтры часто применяются при конструировании септиков. Или небольших очистных конструкций индивидуального использования на загородных коттеджах и дачах.
к меню ↑

2.2 Анаэробная биологическая очистка

Анаэробный способ очистки подразумевает превращение органических загрязнителей после протекания всех реакций в форму биогаза – метана, который используется в дальнейших технологических процессах для сжигания.

Микроорганизмам, для преобразования загрязнителя в метан, необходимо выполнить 4 этапа разложения:

1. Трансформация органических веществ в мономерные соединения.
2. Мономеры в процессе ферментативного распада переходят в форму короткоцепочечных кислот.
3. Кислоты окисляются в уксусную кислоту.
4. Далее, происходит образование метана, совместно с которым выделяется углекислый газ.

Состав биогаза, который будет выделяться, и концентрация в нём метана, зависит от состава загрязнений стоков.

Анаэробный способ очистки является основным методом биологической обработки воды в химической и пищевой промышленности, а также бытовых системах фильтрации сточных вод.

Такие биофильтры не теряют эффективность при повышении концентрации загрязняющих веществ в жидкости, кроме того, теряет актуальность вопрос утилизации излишнего количества активного ила.

Немаловажным преимуществом анаэробного метода является уменьшение расходов на оборудование, и сопутствующих эксплуатационных расходов, так как для протекания анаэробной очистки не нужна искусственная аэрация воды.

В целом, эффективность биологической очистки сточных вод бытовых и промышленных предприятий зависит от следующих факторов:

• Сточная вода не должна содержать какие-либо агрессивные токсичные вещества (они могут стать причиной гибели микроорганизмов);
• Поддержание оптимального температурного режима;
• Соблюдение граничной допустимой концентрации загрязнения стоков, важно учитывать нагрузку на ил, по количеству веществ-загрязнителей;
• Время протекания реакции;
• Необходимый уровень аэрации;
• Особенности конструкции очистного сооружения.

Стоит понимать, что любой способ биологической обработки является лишь одним из этапов, необходимых для полной очистки промышленных и бытовых сточных вод.

Для того чтобы стоки могли повторно участвовать в технологических процессах либо безопасно утилизироваться, им нужно пройти как минимум 3 стадии очистки: механическую, биологическую и обеззараживание.
к меню ↑

3 Необходимое оборудование

Очищенная биологическим методом жидкость проходит последний этап обработки.

Биологические методы очистки сточных вод требуют использования оборудования, которое классифицируется на следующие группы.

Сооружения для естественной очистки стоков:

• Поля фильтрации (разделяются на поля наружной и подземной фильтрации);
• Фильтрующие колодцы (в основном применяются в бытовых условиях);
• Песчано-гравийные фильтры;
• Каналы циркуляционного окисления;
• Биологические водоемы с природной аэрацией.

Устройства для искусственной биологической очистки воды:

• Биофильтры, загружающиеся пеностеклом;
• Дисковые биофильтры;
• Биофильтраторы;
• Биореактор для очистки сточных вод;
• Биофильтры с затопленной ершовой загрузкой;
• Установки продленной аэрации – аэротенки (способ полного окисления);
• Установки для аэрации со стабилизацией лишнего количества активного ила.

Наиболее распространенным устройством, как в промышленной сфере, так и для очистки бытовых стоков, являются аэротенки. Такие биофильтры в основном выполняются в виде прямоугольных резервуаров с глубиной в 1-2 метра и оснащаются искусственными системами наполнения воды кислородом.

Это довольно компактные биофильтры, отличающиеся высокой эффективностью обработки воды, которые выполняют трехфазное окисление органических загрязнений.

В процессе первой фазы происходит непрерывное увеличение количества активного ила за счет присутствующей в стоках органики, во второй фазе – большая часть органических загрязнений «съедена» илом и темпы его прироста сократились.

В третьей фазе – микроорганизмы испытывают недостаток питательных веществ, что вынуждает их поедать отмершие бактерии, что ведет к саморегуляции всей системы.
к меню ↑

На данном сервисе вы найдете много полезной информации об очистке сточных вод. Специалисты промышленных предприятий, проектировщики, научные сотрудники, студенты многие другие найдут здесь ответы на свои вопросы. Если на сайте не представлена интересующая Вас информация Вы можете задать свой вопрос на форуме. Мы или другие пользователи в кратчайшие сроки постараются помочь Вам в вашей профессиональной деятельности, ответить на вопросы или дать совет. Пользуйтесь с удовольствием.

Коротко о том, что Вы можете найти на форуме об очистке сточных вод

Методы очистки сточных вод

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические методы, химические методы, физико-химические методы и биологические методы. Чаще всего используются комбинации данных методов. Применение того или иного метода очистки сточных вод в каждом конкретном случае определяется характером загрязнений и требованиями к очищенной воде.

Различные определения и термины, касающиеся очистки сточных вод

Очистка сточных вод — это обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них загрязняющих веществ. В ходе процесса очистки образуется очищенная вода и отход, содержащий загрязняющие вещества в высоких концентрациях. Как правило, это уже твердый отход пригодный для захоронения или утилизации.

На форуме представлена информация о том, как очищаются те или иные компоненты, находящиеся в сточной воде.

Статьи по экологии, очистки сточных вод и водоподготовке. В данном разделе вы найдете научные статьи от ведущих специалистов в области экологии и очистки сточных вод. В качестве авторов выступают специалисты инжиниринговых компаний, поставщики оборудования для очистки сточных вод и водоподготовке, профессора университетов и доктора наук. Каталог статей для Вашего удобства разбит по тематикам: водоподготовка, очистка промышленных сточных вод, очистка бытовых сточных вод, очистные сооружения для различных отраслей промышленности и т.д. Мы предлагаем Вашему вниманию дополнительно статьи по экологии на английском и немецком языках.

Наилучшие доступные технологии по очистке воды

На портале представлена база наилучших доступных технологий.

Компании, занимающиеся очисткой сточных вод и водоподготовкой.

Вы можете добавить описание своей компании на наш сайт, направив письмо по электронной почте. Также обсудить компании на форуме

Законодательство в области очистки сточных вод. Обсуждение на форуме.

В данном разделе представлены различные нормативные акты, стандарты и законы в области защиты окружающей среды.

Кратко биологической очистки сточных вод.

Биологическая очистка сточных вод, основанная на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические загрязнения в качестве источника питания и минерализовать их в процессах своей жизнедеятельности, предназначена для снижения загрязнения промышленных и коммунальных сточных вод и переработки образующихся при этом вторичных отходов – осадков и активного ила. Среди биологических методов защиты окружающей среды биологические методы очистки сточных вод исторически первыми получили развитие и в настоящее время наиболее широко используются. По объему перерабатываемых потоков биологическая очистка сточных вод является самой крупнотоннажной технологией и используется на подавляющем большинстве очистных сооружений: производственных и городских, локальных, придомовых и др.