Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологии очистки сточных вод. Учебное пособие.pdf
2.2.5. БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ
ПРИ РАЗЛОЖЕНИИ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД
Осадки производственных сточных вод отличаются
большим разнообразием по своему составу и свойствам.
В сыром виде осадок имеет ряд отрицательных
свойств: плохо сохнет, имеет неприятный запах, опасен
в санитарном отношении, что ограничивает его использование, однако органический осадок, обработанный соответствующим способом в специальных перегнивательных
камерах, теряет гнилостный запах, приобретает однородную зернистую структуру и при сушке хорошо отдаёт
влагу; содержащиеся в нём азот, фосфор и калий хорошо
усваиваются растениями при использовании его для удобрения; количество осадка уменьшается, так как часть органического вещества, минерализуясь, переходит в растворённое и газообразное состояние.
Основные компоненты сырых осадков – углеводы,
жироподобные и белковые вещества – в сумме составляют
80…85%. Остальные 15…20% представляют собой лигниногумусовый комплекс. Углеводы в осадке представлены
полисахаридами, геми- и альфацеллюлозой. Органическое
вещество, содержащее углерод, распадается с образованием жирных кислот, которые, в свою очередь, разлагаясь,
выделяют метан, углекислоту, водород, спирты, окись
углерода и воду. Органическое вещество, содержащее азот,
распадаясь, образует аммиак и свободный азот, а содержащее серу – сероводород.
Распад органического вещества в анаэробных условиях происходит в две фазы. В первой фазе распада, называемой кислой, из углеродов, жиров и белков выделяются
основные продукты распада – жирные кислоты и водород,
а также углекислота, спирты, аминокислоты, аммиак серо-
31
водород и др. В процессе участвуют сапрофитные бактерии. Во второй фазе распада (брожение) – щелочной – разрушаются выделившиеся в первой фазе кислоты, образуя
метан, диоксид углерода и небольшие количества водорода. В брожении участвуют метановые бактерии.
В зависимости от температуры сбраживания различают
мезофильный режим (при температуре 33 °С) и термофиль-
ный (при температуре 53 °С). Термофильное брожение име-
ет ряд преимуществ перед мезофильным. К ним относятся
большая скорость и глубина распада органических соединений, увеличение объёма выделяющегося газа. Так же при
термофильном брожении наблюдается полное отмирание
патогенных микроорганизмов и дегельминтизация.
Ход процесса сбраживания определяется качественным
составом иловой жидкости, химическим составом сброженного осадка, составом и количеством газа, выделяющегося
в ходе процесса. Чтобы можно было судить о качестве
осадка и сброженного осадков, определяют их температуру,
влажность, наличие органического вещества, жиров, углеводов, общего азота.
Для обработки многих осадков вполне пригодны методы и сооружения, применяемые для обработки осадков
городских сточных вод: метантеки, иловые площадки,
вакуум-фильтры, центрифуги. Некоторые виды осадков
сточных вод содержат токсичные соединения (соли тяжёлых металлов, хром, синтетические ПАВ и др.), угнетающие процессы метанового брожения, поэтому нагрузка на
метантенки уменьшается и увеличивается продолжительность сбраживания. Степень влияния токсичных соединений обычно устанавливается экспериментально.
С другой стороны, ряд осадков имеет преимущественно минеральный состав, например, осадки сточных вод
32
металлургических производств. Такие осадки не направляют в метантеки, а ограничиваются только их обезвоживанием. Осадки нефтесодержащих сточных вод подвергают обезвоживанию, а затем сжигают, например, в аппаратах с кипящим слоем. Сжигают и ряд других осадков.
Некоторые осадки, являющиеся отходами производства, содержат ценные вещества, например, цветные и редкие металлы, поэтому их извлекают из осадков тем или
иным физико-химическим методом. Ряд обезвоженных
осадков может служить сырьём для производства строительных материалов, например, осадки сточных вод
металлургической, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности.
2.3. ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ
Химическую и физико-химическую очистку обычно
применяют для производственных сточных вод на локальных канализационных очистных сооружениях предприятий.
Химическая очистка производственных сточных вод может
применяться как самостоятельный метод перед их подачей
в систему оборотного водоснабжения, а также перед спуском их в водоём или в городскую водоотводящую сеть.
Кроме того, химические методы применяются для предварительной очистки сточных вод перед биологической или
физико-химической очисткой. Химическая обработка также
применяется в качестве метода глубокой очистки сточных
вод в целях их дезинфекции, обесцвечивания или извлечения из них различных компонентов. При локальной очистке
производственных сточных вод в большинстве случаев
предпочтение отдаётся химическим методам.
СТОЧНЫХ ВОД
33
К химическим методам очистки производственных
сточных вод относятся коагулирование, нейтразизация и
окисление.
Коагулирование – процесс осветления сточных вод
с использованием реагентов-коагулянтов и флокулянтов.
Сущность процесса заключается в том, что к сточным
водам добавляют коагулянт, способствующий быстрому
выделению из неё мелких взвешенных и эмульгированных
веществ, которые при простом отстаивании не осаждаются. Коагулянт обычно добавляют перед подачей сточных
вод в отстойники. Взвешенные вещества с коагулянтом
осаждаются в отстойных бассейнах.
Данным способом очищают сточные воды, содержащие очень мелкие вещества, например, воды текстильных
предприятий, воды нефтеперерабатывающих заводов,
содержащие эмульгированные продукты. В качестве
коагулянтов используют известь, сульфат алюминия,
хлорид железа и др. Иногда добавляют смесь этих реагентов. Тип применяемого реагента и его доза зависят от
состава обрабатываемой воды, требуемой степени очистки
и других факторов. Для интенсификации процесса коагуляции применяют органические природные и синтетические высокомолекулярные флокулянты.
Нейтрализация – процесс подкисления или подщелачивания воды в целях изменения величины pН и приближения её к нейтральной.
Существует несколько способов нейтрализации производственных сточных вод:
– непосредственное смешение кислых стоков со щелочными перед спуском их в канализационные сети;
– использование активной щёлочности городских
сточных вод или водоёма;
34
– добавление реагента в пропорциях, необходимых
для нейтрализации;
– фильтрация загрязнённых вод через нейтрализующие материалы.
Нейтрализацию добавлением реагента проводят, когда
смешение стоков и использование активной щёлочности
водоёма не даёт желаемых результатов. Для нейтрализации
кислот используют гидроксид натрия, гидоксид калия,
известняк, доломит, мрамор, мел, соду и др. Для нейтрализации щелочных сточных вод используют серную, соляную, азотную и другие кислоты. Реагент можно добавлять
в виде раствора или в виде сухого порошка.
Окисление веществ, содержащихся в сточных водах,
применяется тогда, когда эти вещества нельзя извлечь или
разрушить другими способами, в том числе, путём биохимического окисления.
2.4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
2.4.1. СОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД
Процесс заключается в том, что загрязнения из сточ-
ной жидкости или поглощаются телом твёрдого вещества
(адсорбция), или вступают в химическое воздействие с ним
(хемосорбция). Для очистки производственных сточных
вод, чаще всего, используют адсорбцию. Для этого к очищаемой сточной воде добавляют сорбент в размельчённом
виде и перемешивают со сточной водой. Затем соорбент,
насыщенный загрязнениями, отделяют отстаиванием или
фильтрованием. Чаще, очищаемую воду пропускают непрерывно через фильтр, загруженный сорбентом.
В качестве сорбентов применяют: активный уголь,
кокс, торф, опилки, золу и т.д., весьма важным является то,
35
что сорбенты способны извлекать из воды органические
соединения, не извлекаемые обычно другими методами,
например, биологическими.
Сорбция может происходить в статических или дина-
мических условиях. Сорбция в статических условиях происходит при интенсивном перемешивании воды с сорбентом, после чего сорбент отделяется. Она более технологична и экономична, чем сорбция в статических условиях.
2.4.2. ФЛОТАЦИЯ, ЭКСТРАКЦИЯ, ИОННЫЙ ОБМЕН
Флотация – процесс избирательного извлечения час-
тиц дисперсной фазы, основанный на различной их смачиваемости частиц при вспенивании. Используется для
удаления из сточных вод жиров, нефтепродуктов, ПАВ.
Процесс основан на всплывании дисперсных частиц вместе с пузырьками воздуха. Его успешно применяют для
очистки производственных сточных вод. При флотации
нерастворимые дисперсные частицы прилипают к поверхности пузырьков вспениваемого газа и поднимаются
на поверхность, в результате чего образуется пенный слой
с повышенной концентрацией загрязнений.
Экстракция – процесс извлечения веществ из жидкой
смеси. Экстракция становится возможной вследствие различной растворимости компонентов жидкой фазы в том
или ином растворителе (экстрагенте). Данный метод экономически выгоден в том случае, если извлекаемые компоненты содержатся в больших концентрациях.
В качестве экстрагентов используют углеводороды,
спирты, водные растворы неорганических кислот и щелочей и др.
Экстракция может осуществляться в одну или несколко
ступеней. Чаще, применяют многоступенчатую противоточную экстракцию. Сточная вода и экстрагент поступают на
36
установку с противоположных сторон. Экстракт удаляется из
первой колонны, а очищенная сточная вода – из последней.
Ионный обмен является одним из эффективных мето-
дов очистки производственных сточных вод. Для очистки
стоков данным методом применяют катионно- и анионообменные смолы. Метод основан на способности смол,
имеющих подвижный ион вступать в реакцию обмена
со смолами того же знака, находящимися в растворе.
Ионообменная очистка осуществляется путём после-
довательного фильтрования через катиониты и аниониты.
В процессе очистки иониты насыщаются и их регенирируют. Катиониты регенерируются слабыми растворами
кислот, а аниониты – слабыми растворами щелочей. Затем
производится их отмывка.
Для протекания ионного обмена содержание взвешен-
ных веществ в воде не должно превышать 8 мг/л.
Ионообменные установки применяют для извлечения
из сточных вод фенола, формальдегида, меди, цинка,
хрома, цианидов.
Метод применяется крайне редко в связи с его относи-
тельно высокой стоимостью.
Контрольные вопросы по разделу
1. Назовите основные методы очистки сточных вод.
2. В чём заключаются достоинства химического
метода очистки?
3. Механизм сорбционной очистки сточных вод.
4. Для каких стоков подходит сорбционная очистка
стоков?
5. Сущность биохимического метода очистки.
6. Как проходит биоочистка в природных условиях?
7. Опишите процессы, протекающие при разложении
осадка стоков.
37
3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
МИКРООРГАНИЗМОВ АКТИВНОГО ИЛА
В ВОДООЧИСТКЕ НА ПРИМЕРЕ АЭРОТЕНКА
3.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В АЭРОТЕНКАХ
Аэротенк представляет собой железобетонный резервуар преимущественно прямоугольной формы, глубиной
3…6 м, снабжённый устройством для аэрации. Аэрация
необходима для насыщения воды кислородом и поддержания ила во взвешенном состоянии. Поступающая в аротенк
сточная вода смешивается с активным илом. Смесь сточной воды и ила протекает через аэротенк и аэризируется,
при этом происходит очистка воды. На рисунке 3.1 представлена эскизная типичная схема очистки сточной воды
с помощью активного ила.
Расход сточной воды через аэротенк постепенно увеличивается по мере наращивания дозы ила. На вывод аэротенка в расчётный режим работы может потребоваться
2 – 4 недели, а иногда и более, в зависимости от температурных (и ряда других) условий. Для ускорения пуска в работу
аэротенков практикуется завоз некоторого количества
активного ила из расположенных поблизости уже действующих очистных сооружений. В расчётном режиме работы
аэротенков их функционирование обеспечивается тем, что
после отделения от очищенной воды в сооружениях илоотделения активный ил возвращается в аэротенки. Это означает, что активный ил в проточных условиях постоянно циркулирует между аэротенками и сооружениями илоотделения
(например, вторичными отстойниками или флотаторами).
38
Рис. 3.1. Эскиная схема очистки сточных вод
Однако в процессе биологической очистки сточных
вод в аэротенках растворённые органические вещества, а
также не осаждающиеся тонкодиспергированные и коллоидные вещества, переходят в активный ил, обуславливая
прирост исходной биомассы. Повышение дозы ила против
оптимальных значений может привести к повышенному
выносу взвешенных веществ из вторичных отстойников.
Использование данного технологического решения
предполагает возврат лишь того количества ила, которое
39
поддерживает его расчётную рабочую дозу. Остальной ил
в виде избыточного, т.е. не требующегося для целей
биологической очистки, удаляется из системы аэротенка.
Схема реализации биологического процесса очистки сточной воды в проточном режиме в аэротенках с возвратом
ила из вторичных отстойников и выведением избыточного
ила на обработку получила название классической.
Эта схема включает аэрационные и отстойные сооружения, оборудование и коммуникации для подачи и распределения сточных вод по аэротенкам, сбора и подачи
иловой смеси на илоотделение, отведения очищенной
воды, обеспечения возврата в аэротенки циркуляционного
активного ила и удаления избыточного ила, подачи и распределения воздуха в аэротенках. По этой схеме активный
ил подаётся сосредоточенно на вход в аэротенк, туда же
подаётся и подлежащая биологической очистке сточная
вода после первичного отстаивания. В результате смешения воды и активного ила образуется иловая смесь. В процессе её движения к выходу из аэротенка обеспечивается
необходимая для протекания биохимических реакций длительность контакта активного ила с загрязнениями. Наиболее часто аэротенк устраивается в виде прямоугольного
резервуара, разделённого продольными перегородками
на отдельные коридоры шириной 4…9 м, по которым иловая смесь протекает от входа в аэротенк к выходу из него
при постоянном перемешивании и обеспечении кислородом воздуха. Пребывание иловой смеси в отстойных
сооружениях приводит к её разделению под действием
гравитационных сил на биологически очищенную воду и
активный ил, оседающий и уплотняющийся в нижней
иловой части отстойного сооружения. Концентрация ила
40