Биологические методы очистки сточных вод l l l Принципы биохимической очистки сточных вод. Аэробные и анаэробные методы. Химические превращения загрязнений. Активный ил. Требования к сточным водам. Подготовка сточных вод к биоочистке. Факторы, влияющие на эффективность очистки. Естественные и искусственные сооружения биоочистки. Технологические схемы биологической 1 l
Химизм процесса биологического окисления Процесс биологической очистки схематически может быть разделен на две фазы : 1. сорбция органического вещества сточных вод микроорганизмами; 2. микробное окисление сорбированного вещества. 2
В отличие от методов адсорбции и ионного обмена, биохимический способ является деструктивным, так как приводит к полному или частичному разрушению загрязнителей, изменению их состояния в водных растворах. 3
Химизм процесса биологического окисления Параллельно с окислением органического вещества осуществляется синтез нового клеточного вещества (белкового), сопровождающийся приростом микрофлоры, а также частичное окисление этого вновь синтезированного белкового вещества, дающее энергию для осуществления жизненных процессов микроорганизмов. 4
Биологическое окисление органических веществ двуфазный процесс: l первая фаза — минерализация органики l вторая — нитрификация. Появление в очищенных сточных водах нитритов и нитратов свидетельствует о глубокой степени очистки. 1) Окисление органического вещества Cx. Hy. Oz+O 2 CO 2+H 2 O+Дж Пример: при полном биохимическом окислении глюкозы аэробными микроорганизмами C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 H 2 O + 6 CO 2 + 2881, 2 Дж 5
Биологическое окисление органических веществ Сумммарное уравнение биологического окисления органики сообществом гетеротрофных микроорганизмов происходит по схеме: окисление органики: Органические вещества + О 2 + NNH 4 + PPO 4 →микроорганизмы СО 2 + Н 2 О + микроорганизмы + биологически неокисляемые вещества окисление клеточного вещества: Микроорганизмы + О 2 →микроорганизмы СО 2 + Н 2 О + NNH 4 + PPO 4 + биологически неразрушаемая часть клеточного вещества По аналогичной схеме происходит окисление 6
2) Синтез клеточного вещества Сx. Hy. Oz+NH 3+O 2 RCHNH 2 COOH+CO 2+H 2 O+Дж При полном окислении белка конечными продуктами являются СО 2, вода , аммиак, сульфаты. В результате биологической очистки в сточных водах уменьшается содержание органических веществ и одновременно увеличивается масса микроорганизмов. 7
Нитрификация Когда в очищаемых сточных водах остается очень мало органических веществ, то наступает вторая фаза биологической очистки — нитрификация. Во второй фазе азотсодержащие вещества сначала окисляются до нитритов (соли азотистой кислоты), а затем до нитратов (соли азотной кислоты) по реакциям: (NH 4)2 CO 3 + 302 = 2 HNO 2 + 3 H 2 O + CO 2 2 HNO 2 + O 2=2 HNO 3 l 8
Таким образом, биологическая очистка состоит из двух фаз: Ø минерализации (окисления углеродсодержащих веществ) Ø и нитрификации Появление в очищенных сточных водах нитритов и нитратов свидетельствует о глубокой степени очистки. 9
l Большой спектр биохимической активности бактерий позволяет им использовать в качестве источников энергии такие вещества и окислительновосстановительные процессы, которые не могут быть использованы другими организмами. Бактерии могут окислять клетчатку, гуминовые вещества, углеводороды. Некоторые из них получают энергию, окисляя восстановленные минеральные соединения. 10
Теория процессов биологической очистки l Микроорганизмы не всегда окисляют органические вещества полностью до СО 2 и Н 2 О. Часть их переходит в белковые комплексы, но они уже служат пищей для животного мира водоема, продолжая минерализацию. Такие биологические процессы в естественных условиях являются самыми крупными в жизни водоемов. l На биоматериале могут также сорбироваться ионы тяжелых металлов и некоторые токсичные соединения, например бенз(а)пирен. 11
Биоразлагаемость сточных вод l может быть оценена величиной биохимического показателя (БП) БП = БПК полн/ХПК l При БП ≥ 0, 5 сток считается легко биогазлагаемым. Бытовые сточные Промышленные воды сточные воды БП = 0, 05 -0, 3 БП>0, 5 12
Стадии биологической очистки Процесс извлечения и потребления микроорганизмами органических примесей сточных вод состоит из следующих стадий: l массопередача органического вещества и кислорода из потока к поверхности клетки; l диффузия вещества и кислорода через полупроницаемую мембрану внутрь клеток l метаболизм диффундированных веществ (сопровождается приростом биомассы, выделением энергии, СО 2 и т. п. ) l диффузия продуктов реакции, в т. ч. газов, обратно через полупроницаемую мембрану клеток; l массопередача продуктов реакции в поток 13
Аэробные и анаэробные методы Методы биоочистки Аэробные (окислитель ная среда) Анаэробные (без доступа воздуха) 14
Подготовка сточных вод к биоочистке В биохимических методах очистки большое значение имеют: Состав сточной воды: l природа веществ (с точки зрения их доступности) l их концентрация l наличие минеральных биогенных элементов (азота, фосфора, калия, железа) Условия среды: l количество растворенного кислорода l р. Н l температура. 15
Факторы, влияющие на процесс биохимической очистки l Наличие токсичных веществ l Температура l р. Н l Биогенные элементы 16
Температура Психрофильные - развиваются при температуре от 0 до 30°С, а в некоторых случаях и ниже 0°С. Оптимальная температура для их развития - около 20°С. l Мезофильные - развиваются при температуре от 3 до 40… 45°С. Оптимальная температура для их развития 20… 35°С. l Термофильные - развиваются при температуре до 80°С. Оптимальная температура для их раз 30… 60°С. l 17
Биогенные элементы Для успешного протекания реакций биохимического окисления необходимо наличие в сточных водах соединений биогенных элементов и микроэлементов: N, S, Р, К, Mg, Ca, Na, Cl, Fe, Mo, Ni, Co, Zn, Си и др Основными среди них являются N, P и К, содержание которых при биохимической очистке необходимо нормировать. Биогенные элементы лучше всего усваиваются в форме соединений, в которой они находятся в микробных клетках: азот - в форме NH+, фосфор - в виде солей фосфорных кислот. 18
Количество биогенных элементов зависит от состава сточных вод и должно устанавливаться экспериментально. Для ориентировочных подсчетов: БПКп: N : Р = 100 : 5 : 1 (аэробная очистка) БПКп: N : Р = 500 : 5 : 1 (анаэробная очистка) Такое соотношение правильно применять только в течение первых трех суток. Большая продолжительность времени очистки приводит к низкому выходу активного ила и требует меньших 19 количеств азота и фосфора.
Биогенные элементы Недостаток азота и фосфора приводит к нарушениям процесса биохимической очистки сточных вод, снижению физиологической активности микроорганизмов и интенсивности окисления. Недостаток азота способствует образованию труднооседающего ила. Недостаток фосфора приводит к развитию нитчатых бактерий, что является основной причиной вспухания активного ила, плохого оседания и выноса его из очистных сооружений, замедленного роста ила и снижения интенсивности окисления. 20
Требования к сточным водам l l l l р. Н = 6, 5 -8, 5 t = 6 -300 С общая концентрация растворенных солей не более 10 г/л концентрация токсичных и биогенных компонентов нормируется специальными требованиями; не содержать нерастворенные (видимые скопления) масла, нефть, мазут не содержать биологически жесткие ПАВ БПКполн 500 мг/л для биофильтров и аэротенков-вытеснителей и ≤ 1000 мг/л для аэротенков с рассредоточенным впуском 21
Активный ил В процессе биоочистки формируется биоценоз микроорганизмов (флокулы или биопленка), состав которого зависит от характера примесей сточных вод, исходного посевного материала и условий проведения процесса. Во многих случаях образование фермента, который разрушает загрязнение, происходит только при непосредственном контакте его с клеткой. Это наблюдается при пуске новых очистных сооружений или когда загрязнителем является новое вещество сточных вод. 22
Активный ил представляет собой хлопья темно-коричневого цвета, размером до нескольких сотен мкм, состоящие из большого числа многослойно расположенных или сфлокулированных клеток. l Активный ил является амфотерным коллоидом, имеющим на поверхности частиц в интервале р. Н 4– 9 слабый отрицательный заряд. l Биопленка, которая формируется на поверхности загрузки, например в биофильтрах, представляет собой слизь толщиной 1 -3 мм темно-зеленого цвета. l 23
Активный ил Сухое вещество активного ила состоит примерно из 70 -90% органических и 10 -30% неорганических веществ. l Живые организмы вместе с твёрдым носителем, к которому они прикреплены, образуют зооглей – симбиоз популяций организмов, покрытый общей слизистой оболочкой. Зооглей может формироваться за счёт флокуляции или адгезии микроорганизмов на поверхности носителя. Взаимодействие микроорганизмов в пределах одного зооглея достаточно сложно; основой его служат симбиотические взаимосвязи организмов разных популяций. l 24
Внешний вид активного ила Флокулированный аэробный ил Гранулированный анаэробный ил 25
Вспухание активного ила При нарушении технологического режима происходит вспухание активного ила, что связано с обильным развитием нитчатых бактерий, которые оказывают существенное влияние на структуру хлопка. Причиной такого развития нитчатых является нарушение определенных соотношений между концентрациями активного ила, питательных веществ и кислорода, поступающего в сооружение. Такое нарушение создает благоприятные условия для жизнедеятельности нитчатых бактерий. 26
Вспухание активного ила Важным фактором, влияющим на рост нитчатых микроорганизмов, является величина нагрузки органического субстрата на активный ил. Установлено, что для каждого вида сточных вод существуют пределы нагрузки на активный ил, при которых он имеет хорошую осаждаемость. Отклонения от этих пределов, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, приводят к вспуханию активного ила. 27
Вспухание активного ила Росту нитчатых микроорганизмов способствуют: высокое содержание углеводов; l высокое содержание простых легко метаболизируемых растворимых органических веществ l недостаток питательных веществ (азота, фосфора) l наличие сероводорода l дефицит некоторых элементов (натрия, кальция, магния, марганца, кобальта, ванадия). не способствуют росту нитчатых микроорганизмов сложные органические соединения l 28
Иловый индекс Состояние ила характеризует иловый индекс i, который равен объему в кубических сантиметрах, занимаемому одним граммом активного ила (по сухой массе) после отстаивания иловой смеси в стандартном цилиндре вместимостью 1 л в течение 30 мин. Иловый индекс характеризует способность ила к осаждению: чем хуже оседает ил, тем более высокий иловый индекс он 29
Иловый индекс Величина илового индекса зависит от концентрации ила в пробе. Поэтому иловую смесь из аэротенков перед определением илового индекса необходимо разбавлять очищенной сточной водой до концентрации активного ила 1 кг/м 3 (г/л). Иловый индекс определяет концентрацию возвратного ила, которая в свою очередь влияет на концентрацию ила в аэротенке. Для расчетов используют соотношение ХР = 1000/i Где Хр - концентрация возвратного (рециркулирующего) активного ила, кг/м 3. 30
Оборудование биологической очистки сточных вод Принцип действия всех аппаратов основан на непрерывном культивировании микроорганизмов, интенсивность и эффективность которого определяется скоростью размножения бактерий. Органические вещества (загрязнения) являются для микроорганизмов источником углерода. Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы минерализуют их. 31
Скачать презентацию Биологические методы очистки сточных вод l l l
Bioochistka-1-v.ppt