Обезвреживание промышленных сточных вод методом глубокой очистки на биореакторе.

Содержание
Термины
Введение
1. Обзор литературы
1.1. Загрязнение поверхностных водных источников, сбросы загрязненных сточных вод
1.2. Классификация и состав сточных вод
1.3. Современные методы очистки сточных вод
2. Объекты и методы исследования
1.1. Объекты исследования
2.2. Технические характеристики установки "ТВЕРЬ"
2.3. Методы исследования сточных вод
2.4. Результаты исследований
Отбор проб сточных вод, приготовление растворов для исследования, проведение самих исследований и последующий расчет содержания концентрации ионов по формулам проводили согласно методикам приведенных в Приложении [см. стр. 75.].
3. Основные этапы очистки сточных вод на биореакторе
3.1.Биореактор и процесс очистки сточных вод
3.2. Экологическое значение очистки
Заключение
Использованная литература
Приложение

Обезвреживание промышленных сточных вод методом глубокой очистки на биореакторе.

Цинк
0,026
2,0
-
Нефтепродукты
0,06
4,0
-
СПАВ анион.
0,33
2,5
-
Сероводород и сульфиды
0,006
0,003
0.003
Сульфаты
210,0
500,0
-
Сухой остаток
302,0
2000,0
-
Фенолы
0,02
0,01
0.01
Формальдегид
0,1
0,55
-
Хлориды
35,6
350,0
-
Эфироизвлекаемые в-ва
0,07
20,0
-
Фосфор общий (Р)
1,14
1,14
-
Фториды
1,93
1,5
0,43
рН (водородный показатель)
6,99
6,5-8,5
-
Из проведенных исследований сточных вод после очитки (24 наименования) только в 3 случаях очистка не дала результатов. Показатели Сероводород и сульфиды на 0.003 мг/л; Фенолы на 0.01 мг/л; Фториды на 0,43 мг/л.
Однако, для дальнейших выводов следует сравнивать концентрации этих химических веществ до доочистки в биологическом реакторе и после. Такое сравнение представлено в таблице 7 .
Таблица 7 – Сравнение концентраций ионов химических элементов относительно ПДК
Наименование ингредиента
ПДК мг/л
Концентрация До, мг/л
мг/л +/-
Концентрация После, мг/л
мг/л +/-
%
%
1
2
3
4
5
6
7
8
Кадмий
0,01
1,2
1.19
0,0001
-
12000*
1*
Хром +6
0,1
0,923
0,823
0,001
-
923*
10*
Сероводород и сульфиды
0,003
0,028
0.025
0,006
0.003
933*
200*
Фенолы
0,01
0,05
0,04
0,02
0.01
500*
200*
Фосфор общий (Р)
1,14
5,53
3,69
1,14
0.0
485*
100*
Фториды
1,5
1,9
0,4
1,93
0,43
126*
126*
* ПДК принято за 100%.
Из таблицы 7 видно, что % таких элементов как кадмий, хром и Сероводород и сульфиды по отношению к ПДК составил и фактически уменьшился в 1000 раз.
Сероводород и сульфиды. После проведения биологической очистки их концентрация превышала допустимую норму в два раза. Однако если сравнивать концентрацию сероводородов и сульфидов до проведения доочистки в биореакторе то следует отметить, что в этом случае концентрация сероводородов и сульфидов превышала ПДК в 9.33 раза. Сравнение концентрация сероводородов и сульфидов до поступления осветленных сточных вод в биореактор и концентрация после проведения биоочистки показывает, что сточные воды были очищены от сероводородов и сульфидов в 4.66 раза.
Фенолы. Содержание фенолов до поступления осветленных сточных вод в биореактор в 5 раз и концентрация после проведения биоочистки превышала ПДК в 2 раза, на в сравнении с первоначальным значением сократилось в 2.5 раза.
Фосфор общий (Р) процентное содержание общего фосфора превышало норму в 4.85 до прохождения осветленных сточных вод через биореактор и соответствовало ПДК на выходе после проведения биологической доочистки.
Фториды. Несколько иная ситуация с концентрацией фторидов. Показатель концентрации до и после очистки в биореакторе был одинаковым. То есть концентрация оставалась на одном уровне и превышала ПДК в 0.26 раза.
Таблица 8 – Степень очистки сточных вод до очистки в биореакторе и после очистки
Таблица 8 дает ясное, наглядное представление о значении биореакторов в доочистке сточных вод. так из таблицы видно что доочистка уменьшает содержание ионов химических элементов в разы. То есть в 3 раза и в100 раз то есть полной очистки. Так в наших исследованиях доочистка сточных вод в биореакторе от свинца составила100%. Количество таких вредных для жизни человека химические элементы как хром 6+, цинк, никель, эфироизвлекаемые вещества, фосфор общий (Р), благодаря доочистки в биореакторе уменьшились в 99.89; 88.93; 92.6; 91.02; 79.38 раз соответственно.
3. Основные этапы очистки сточных вод на биореакторе
3.1.Биореактор и процесс очистки сточных вод
Станция биологической очистки сточных вод предназначена для полной биологической и глубокой очистки бытовых сточных вод а так же сточных вод производств близких по составу от предприятий и населенных пунктов до 5000 человек: отдельных домов, коттеджных поселков, турбаз, санаториев, кемпингов, предприятий пищевой промышленности и других объектов. Производительность станции биологической очистки 1-1000 м3/сут.
Предлагаемая схема и технология биологической очистки сточных вод с использованием как свободноплавающей, так и закрепленной микрофлоры в сочетании с конструктивными особенностями сооружений обеспечивают оптимальные условия для жизнедеятельности различных групп микроорганизмов, создание биоценозов, способных обеспечить высокую степень очистки.
По сравнению с традиционными аэротенками концентрация активного ила повышается в 2-3 раза, окислительная мощность увеличивается в 2-2,5 раза. Благодаря запасам биомассы, накапливающейся на объемной или плоскостной загрузке резко повышается устойчивость процесса очистки.
Удаление фосфора, в зависимости от его исходного содержания, осуществляется биологическим или реагентным методами, или их сочетанием.
В процессе биологической очистки сточных вод образуется стабилизированный осадок, не требующий дополнительной обработки перед обезвоживанием.
Сооружения надежно и эффективно работают при залповых изменениях расхода сточных вод, концентрации поступающих загрязнений, температурных колебаниях и даже временном отсутствии электроэнергии.
Станция биологической очистки строится по модульному принципу и состоит из отдельных элементов. Для глубокой очистки добавляется модуль биореактора. В комплекс станции входят также вспомогательное здание и силовые площадки, которые также могут быть контейнерного или модульного типа. Основные технологические емкости могут изготавливаться из металла, пластика или железобетона.
Конструкции очистных установок бывают разными, в зависимости от задач, которые они должны выполнять. Но все системы без исключения используют одинаковую схему (последовательность) процесса очистки. Первый этап – механическая (грубая) очистка сточных вод. Второй – биологическая доочистка.
Для механической очистки грязная вода, использованная в бытовых целях или промышленного производства попадает в трубу, через которую попадает в емкость (отстойник или септик). Внешне отстойник или септик напоминает бочку, объем которой бывает разным в зависимости от задач использования. Материал изготовления от пластика, металла и железобетона. В нем происходит самый главный процесс без которого не возможно проведение дальнейшей очистки сточных вод. В отстойнике происходит естественное, плавное движение жидкости, сточные воды в результате которого разделяются на три фракции (части). Первая неорганическая фракция оседает на дно в виде ила. Втора фракция - органическая образует на поверхности воды в виде пены и газов. Осветленная жидкость, которая образуется в результате перемешивания и разделения на фракции - это вода, очищенная на 30-40%. Достигнув 30-40% очищения через специальный клапан осветленная жидкость самотеком переливается в биореактор, в котором и происходит второй этап очистки сточных вод - биологическая доочистка.
В биореакторе находятся аэробные (живущие с использованием кислорода) бактерии, именно их жизнедеятельность позволяет проводить доочистку осветленных сточных вод. осветленные, очищенные от механических примесей сточные воды в своем составе имеют органические вещества. Бактерии в процессе своей жизнедеятельности утилизируют их. Таким образом, органическая жижа превращается в воду с неорганическим содержимым. Дальнейшее превращение сточных вод в воду пригодную для использования предоставляется природе. Дочищенную в биореакторе воду сливают в грунт или природный водоем, где и происходит природная доочистка.
3.2. Экологическое значение очистки
В условиях современного развития цивилизации все большее значение приобретают вопросы качества окружающей среды.
В мире нигде, кроме бывшего Советского союза, не существовало и не существует по сей день сети наблюдений, для наблюдений за водными объектами. По единым методикам и стандартам для всех открытых бассейнов, сотен объектов водной среды и десятков тысяч створов. Многие годы собирались количественные данные о всех видах водных организмов, которые принадлежат ко всем основным группам гидробионтов. Использовались показатели: - о концентрация загрязняющих веществ, ХПК, БПК, расход воды, температура воды, pH, содержание растворенного кислорода, Соответственно, в мире нет такой базы данных, которая так подробно отражает многолетние наблюдения[13 c. 287].
Информация о физико-химическом качестве поверхностных вод “Ежегодники качества поверхностных вод и эффективности проведенных водоохранных мероприятий”, “Ежегодные данные о качестве поверхностных вод суши”, “Ежеквартальные бюллетени качества поверхностных вод суши”, издававшиеся гидрометслужбами СССР и России позволяют обобщать получаемые сведения таких морей как Баренцево, Азов, Каспий, Восточно-Сибирские реки, Карское море, Тихоокеанский бассейн. 12 бассейнов рек: Северная Двина, Волга, Дон, Медведица, Хопер, Урал, Терек, Кубань, Енисей, Амур, Уссури, Лена, Шилка, Аргунь наблюдались в течении 1976-1992 гг.
Экологический мониторинг поверхностных вод необходим, неудовлетворенная потребность в контроле и мониторинге сточных вод, который не менее необходим.[21 c. 767]
В настоящее время проблема охраны окружающей среды актуальна для всех стран мира и требует разработок и внедрения высокоэффективных систем очистки и защиты открытых водоемов от разного рода загрязнений. Как основной источник загрязнения водоемов, сброс промышленных сточных вод приводит к ухудшению качества воды, нарушению экологического баланса и нормальных условий для жизни и воспроизводства гидробионтов.
Cточные воды образуются в результате хозяйственно-бытовой и производственной деятельности человека. Стоки тем или иным путем попадают в воды закрытых водоемов, рек, морей и океанов, где и сосредотачивается все многообразие вредных веществ, производителем которых вольно или невольно является человек.
Утилизация и обезвреживание сточных вод составляет одну из самых важных экологических проблем настоящего времени и в этом направлении наработано множество разнообразных технологических приемов, в основе которых лежат физико-химические или биохимические процессы деградации вредных компонентов сточных вод.
Интенсивное строительство канализационных сетей началось в Европе в XIX веке, однако, централизованное отведение сточных вод привело к локальному росту загрязнения водоемов. В Англии. закон об очистке сточных вод от фекальных и гниющих веществ перед выпуском стоков в реки был издан еще в 1861г. Самые ранние разработки по детоксикации сточных вод - методы почвенной очистки, в России относятся к середине XIX в. Этот метод основан на способности самоочищения почвы.
К сожалению в настоящее время водоемы России из-за загрязнения бытовыми и промышленными стоками утратили свое значение как источники водопользования и рыболовства. Например, сероводород и сульфиды присутствуют в природных водах в небольших количествах и образуются при разложении органических веществ. В воде сульфиды находятся в трех формах: свободного сероводорода, гидросульфид-ионов (HS′) и сульфид-ионов (S″). Соотношение этих форм зависит от рН воды. При отклонении рН в кислую сторону содержание свободного сероводорода резко возрастает, а в щелочную — наоборот. Он придает воде запах тухлых яиц при концентрациях 0,001 — 0,05 мг/л. увеличение концентрации ведет к гибели водной фауны. Сероводород и сульфиды содержатся в сточных водах коммунально-бытового хозяйства, металлургических, химических, целлюлозно-бумажных, кожевенных заводов в больших концентрациях а значит высока вероятность их попадания в открытые водоемы.
Поэтому подготовка воды и с последующим ее сбросом в водоемы или дальнейшим техническим или хозяйственно-питьевым использованием является не надуманной проблемой экологов и год от года приобретает все большее значение. Задача очистки осложняется тем что стоки по своему составу разнообразны в том плане, что с появлением новых технологий у новых производств изменяется как качественный так и количественный состав стоков.
В настоящее время метод доочистки сточных вод в биореакторах является наиболее перспективным, его универсальность и широкое применение при обработке стоков говорит само за себя. Использование технического кислорода, стимуляторов биохимического окисления, микробов способных утилизировать в процессе своей жизнедея-тельности фосфор и другие химические вещества усовершенствование конструкций биореакторов, аэрационного оборудования позволит довести процесс биологической очистки стоков до максимальных значений качества.
Таким образом, проблема биологической очистки стоков насущтна в настоящее время и будет приобретать все более возрастающее народнохозяйственное значение.


Заключение
Каков же состав сточных вод? С одной стороны он однотипен, так как является результатом жизнедеятельности человека, и изменяется только лишь там где находятся предприятия, ведущие инновационную деятельность. В основном же однообразие хозяйственной деятельности человека определяет сточные воды как источник химического и бактериологического загрязнения.
В настоящее время бытовые воды в чистом виде встречаются в случае канализования небольших объектов коттеджей, дач, санаториев, домов отдыха.
Сточные воды это сложные системы, которые находиться во всех состояниях – растворенном, коллоидном и нерастворенном.
Органическая часть сточных вод представлена виде белков, углеводов, жиров, а также продуктами физиологической жизнедеятельности. Органических химических компонентов сточных вод это углеводороды и результат их переработки и синетические поверхностно-активные вещества (СПАВ).
Из неорганических компонентов в этой категории сточных вод всегда присуттвуют в виде ионов K, Na, Ca, Mg, Cl карбонаты, сульфаты. Для бытовых стоков характерно наличие в них увсех основных органогенных элементов:C, N, P, S, K.
Для химической очистки производственных сточных вод в настоящее время используются различные реагенты. Наибольшее применение имеют: окислители — хлор, пермангаыат калия, озон; подщелачивающие вещества — известь, гидроксид натрия, сода; подкисляющие вещества — серная и соляная кислоты.
В ряде случаев химическая обработка требуется в качестве предварительной перед последующей биологической очисткой этих сточных вод.
Окисление загрязняющих сточные воды веществ применяется в тех случаях, когда эти вещества нецелесообразно или нельзя извлечь или разрушить другими способами, в том числе путем биохимического окисления. К таким веществам относятся цианистые соединения, загрязняющие сточные воды многих производств, например сточные воды фабрик обогащения свинцово-цинковых и медных руд, цехов гальванических покрытий машиностроительных заводов и т. д.
Для очистки сточных вод от цианистых соединений применяют окисление циан-иона CN- до безвредного цианата CNO- или переводят токсичные соединения в нетоксичный комплекс или осадок (в виде нерастворимых цианидов), удаляемый из сточных вод отстаиванием или фильтрованием.
Окисление цианидов до малотоксичных цианатов может быть произведено относительно недорогим окислителем— гипохлоритом.
Бытовые сточные воды, кроме того, обязательно имеют в своем составе биологические загрязнения, которые представлены бактериями, в основном выделенными из кишечника человека, яйцами гельминтов, дрожжевыми и плесневыми грибками, мелкими водорослями, вирусами. За этими показателями следят эпизоотологи, так как опасность эпидемий также страшна, как и отравлений химическими веществами. Животный, растительный мир и человек связаны между собой и экологическое благополучие каждого в отдельности позволяет сохранить то многообразие природы которое есть на сегодняшний день.
Для характеристики состава сточных вод требуется большое количество разнотипных анализов – химических, санитарно-бактериологических. Для характеристики бытовых сточных вод выполняются полный и сокращенный санитарно-химические анализы.
Название «полный» санитарно-химический анализ условно, так как даже несколько десятков определений не может дать исчерпывающего представления о всех многочисленных компонентах сточной воды.
Современная стратегия очистки сточных вод: использование химических реагентов для очистки сточной воды свести к минимуму, а по возможности применять биологический метод с чередованием аэробных и анаэробных ступеней.
Биологическая очистка широко применяется как для очистки коммунальных сточных вод больших городов, так и для частных домов. Основой конструкции биологической очистки сточных вод является биореактор, где происходит переработка или утилизация загрязнений. В зависимости от типов загрязнений сточной воды в биологической очистке сточных вод применяются аэробные способы, анаэробные или совмещенные.
В последние годы биологическая обработка сточных вод в анаэробных условиях (помимо аэробных), как дополнительная стадия очистки при глубоком удалении соединений азота и фосфора, широко применяется в мире и наблюдается тенденция расширения этой практики. Объясняется это не только тем, что получены положительные результаты при использовании данной технологии, но также тем, что анаэробная очистка сточных вод имеет ряд преимуществ перед аэробной, и при ее применении решается часть проблем, которые не имеют положительного решения при использовании только аэробных организмов ила Облигатные (строгие) анаэробы, по-видимому, являются представителями наиболее ранних форм жизни на Земле, когда условия обитания для микроорганизмов были значительно более сложные, что объясняет особенности их метаболизма и устойчивости к неблагоприятным факторам внешней среды.
Так, анаэробы обладают высокой устойчивостью к токсикантам. Разлагают сложные ксенобиотики, хлорорганические соединения, алифатические гидрокарбонаты, лигнин, фенол, серосодержащие соединения и пр. При шоковом токсическом воздействии восстановление анаэробного ила занимает от нескольких часов до нескольких суток, а восстановление аэробного ила при аналогичном воздействии происходит за недели и месяцы.
При анаэробном процессе биоценоз выдерживает прекращение подачи питания в течение месяца и удовлетворительно функционируют в условиях неравномерного притока сточных вод (в отличие от аэробов, которые чувствительны к голоданию и неравномерному притоку сточных вод).
И, наконец, анаэробный процесс устойчив к высоким содержания органики, тогда как, присутствие восстановителей в больших концентрациях подавляет аэробный процесс.
Однако, у анаэробного процесса в сравнении с аэробным имеются и определенные недостатки. Так, применение анаэробного процесса для очистки сточных вод самостоятельно (без сочетания с аэробной стадией) недостаточно эффективно, т.к. степень очистки очистки по БПК5 невысокая (60-75 %). Кроме того, в самостоятельном анаэробном процессе не удаляется азот- и фосфоросодержащая органика.В аэробном процессе удаляется органический азот и обеспечивается нитрификация, а для удаления фосфора необходимо сочетание анаэробной и аэробной стадии очистки сточных вод. Положительным аспектом аэробного процесса являются высокие скорости протекания процессов.
Анаэробный способ извлечения энергии характеризуется тем, что свободный кислород в нем не принимает участия, а органические субстраты окисляются только за счет отщепления водорода. Освободившийся водород либо присоединяется к продуктам распада того же самого органического вещества, либо выделяется в газообразном состоянии.
Аэробный процесс всегда лимитирован количеством кислорода. Кислородный дефицит не позволяет обеспечить удовлетворительное окисление трудноокисляемых ксенобиотиков и высококонцентрированных по органическим и биогенным веществам сточных вод. Отмеченные возможности аэробных и анаэробных процессов позволяют сделать вывод о необходимости последовательно сочетать их в установках биологической очистки: устройство анаэробного реактора (после осветления сточной воды в первичном отстойнике) должно предшествовать реактору с аэробным процессом. Это является необходимым условием, позволяющим обеспечить:
• Устойчивые процессы очистки сточных вод с недостаточным или изобильным содержанием в них органических веществ;
• Удовлетворительное разложение загрязняющих веществ в присутствии ПАВ, хлорных соединений и других токсикантов;
• Глубокое удаление биогенных веществ.