2.Термоокислительные методы обезвреживания сточных вод

Указанные методы используют для удаления из сточных вод органических примесей. К ним относятся: методы жидкофазного окисления («мокрое» сжигание) и парофазного каталитического окисления, а также «огневой» метод (парофазное окисление).

Метод жидкофазного окисления характерен тем, что органические загрязнения удаляют из сточных вод путем окисления кислородом под давлением 2 – 28 МПа и t = 100 – 350 °С. При этих параметрах существенно возрастает растворимость кислорода в воде, что значительно ускоряет процессы окисления органических соединений.

В результате окисления органических загрязнений образуются не токсичные вещества, что является несомненным достоинством метода. Кроме того, рассматриваемый метод пригоден для обработки больших объемов сточных вод и достаточно безопасен. К недостаткам метода относится высокая стоимость оборудования, неполное окисление некоторых органических веществ, а также существенный коррозионный износ оборудования.

При использовании метода парофазного каталитического окисления сточные воды, загрязненные летучими органическими веществами, подают в выпарной аппарат, где при t ≈ 300 °С образуются пары воды и органических веществ. Эти пары вместе с горячим воздухом подают в выпарной аппарат, загруженный катализатором (медно-хромовым, цинк-хромовым и др.), в котором происходит процесс гетерогенного каталитического окисления кислородом воздуха органических паров. Степень обезвреживания достигает 99,8 %. Разработаны установки для обработки больших объемов сточных вод. К недостаткам метода следует отнести возможность отравления катализаторов соединениями фосфора, фтора и серы. Во избежание этого их необходимо предварительно удалять из сточных вод.

24. Биологическая очистка сточных вод. Технология, естественные и искусственные методы биологической 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. Сообщество микроорганизмов представлено одними бактериями при очистке в анаэробных условиях. При очистке в аэробных условиях в сообществе микроорганизмов развиваются простейшие.

Среди бактерий в очистных сооружениях сосуществуют гетеротрофы и автотрофы, которые различаются по своему отношению к источнику углеродного питания. Гетеротрофы используют в качестве источника углерода готовые органические вещества и перерабатывают их для получения энергии и биосинтеза клетки. Автотрофные организмы потребляют для синтеза неорганический углерод, а энергию получают либо за счет фотосинтеза, либо за счет хемосинтеза при окислении ряда неорганических соединений.

К естественным методам биологической очистки относятся почвенные методы очистки сточных вод и их очистка в биологических прудах.

Сооружения почвенной очистки сточных вод имеют производительность в пределах от 0,5 до 280 000 м3/сут. Их используют в основном для очистки бытовых сточных вод. Указанные сооружения подразделяют на малые, к которым относятся фильтрующие колодцы, фильтрующие траншеи, площадки подземного орошения, площадки подземной фильтрации и песчано-гравийные фильтры. К средним – поля подземного орошения и подземной фильтрации. Наиболее крупными сооружениями являются коммунальные поля орошения, земледельческие поля орошения и поля наземной фильтрации.

Очистка сточных вод при использовании указанных методов их обработки происходит под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений.

В биологических прудах, которые представляют собой искусственно созданные водоемы, для очистки сточных вод также используются естественные процессы. Эти сооружения можно использовать для глубокой очистки (доочистки) сточных вод, прошедших биологическую обработку. Существуют пруды с естественной и искусственной аэрацией.

Глубина прудов с естественной аэрацией обычно не превышает 1 м. Для искусственной аэрации используют либо механические аэраторы, либо пропускают (барботируют) воздух через слой воды. Глубина прудов с искусственной аэрацией обычно достигает 3 м. Как правило, пруды с искусственной аэрацией объединяют в несколько параллельных каскадов.

В окислительных процессах, протекающих в биологических прудах, существенную роль играет водная растительность, которая способствует снижению концентрации биогенных элементов и регулирует кислородный режим водоема. Продолжительность очистки сточных вод в биологических прудах достаточно велика, о чем свидетельствуют следующие данные:

Сточные воды, обработанные в биологических прудах, рекомендуется дополнительно очищать в отстойных секциях. Для глубокой очистки стоков воду из прудов необходимо пропускать через песчаные фильтры.

Биологические пруды обычно используют для очистки сточных вод заводов органического синтеза, а также нефтехимических предприятий.

К недостаткам указанных сооружений следует отнести низкую окислительную способность, сезонность работы, потребность в больших территориях и др.

Сооружения искусственной биологической очистки обычно принято делить на три группы по признаку расположения в них активной биомассы:

1) активная биомасса закреплена на неподвижном материале, а сточная вода тонким слоем скользит по материалу загрузки (биофильтры);

2) активная биомасса находится в воде во взвешенном состоянии (аэротенки, окситенки, циркуляционные окислительные каналы);

3) сочетание первого и второго варианта расположения биомассы (погруженные биофильтры, биотенки, аэротенки с заполнителями).

Введем понятие активного ила и биопленки. Активный ил состоит из живых организмов (бактерии, черви, плесневые грибы, дрожжи, водоросли и др.) и твердого субстрата. Сообщество всех живых организмов, населяющих ил, называют биоценозом. Он в основном представлен 12 видами микроорганизмов и простейших. По фазово-дисперсному состоянию активный ил – это амфотерная коллоидная система, имеющая при рН = 4 – 9 отрицательный заряд.

Активный ил используется для очистки сточных вод в аэротенках, окситенках и подобных сооружениях.

Биопленка растет на наполнителе биофильтра, она имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1 – 3 мм и более. Эта пленка состоит бактерий, грибов, дрожжей и других организмов. Число микроорганизмов в биопленке меньше, чем в активном иле.