Přirozené biopurifikační metody využívají přirozené samočistící procesy, které se vyskytují v půdě, vodě a rostlinných ekosystémech a jsou doprovázeny zadržováním, vázáním, přenosem, transformací a mineralizací kontaminantů. Přírodní struktury často slouží k dalšímu čištění odpadních vod před jejich vstupem do vodních útvarů.
V závislosti na probíhajících procesech se rozlišují aerobní a anaerobní biologické systémy čištění. Zařízení pro umělé biologické čištění zahrnují aerobní i anaerobní systémy. Podle charakteru použitých biocenóz lze tyto struktury rozdělit na systémy s aktivovaným kalem, s biofilmem a kombinované (obr. 1.12). Klasifikace systémů umělého aerobního čištění je uvedena na Obr. 1.13.
Rýže. 1.12. Principy fungování aerobních metod čištění: a – s aktivovaným kalem (aerační nádrže); b – s biofilmem (biofiltry); c – s aktivovaným kalem a biofilmem (biotens)
Hlavní konstrukcí pro aerobní biologické čištění aktivovaným kalem jsou provzdušňovací nádrže. Aerační nádrž obvykle pracuje v tandemu se sekundární dosazovací nádrží, kde dochází k oddělení vyčištěné odpadní vody na výstupu z provzdušňovací nádrže a suspenze aktivovaného kalu (viz obr. 1.5). V tomto případě se část kalu odstraní ze systému a část (vratný, recirkulovaný kal) se vrátí do provzdušňovací nádrže, aby se zvýšila její produktivita a snížilo se množství přebytečného kalu.
Biologické čištění odpadních vod
Součástí biologických čistíren s aktivovaným kalem je také kyslíková nádrž (s provzdušňováním vzduchem obohaceným kyslíkem nebo čistým kyslíkem), filtrační nádrž a membránové bioreaktory (s čerpáním odpadní vody z provzdušňovací nádrže přes filtr nebo mikrofiltrační membránu, která zadržuje aktivovaný kal v provzdušňovací nádrž), oxidační kanály (s cirkulací odpadních vod a systémy povrchového provzdušňování), šachtová zařízení (ve formě šachet nebo kolon pro zvýšení tlaku vody), aero urychlovače (provzdušňovací nádrž kombinovaná se sekundární dosazovací nádrží).
U reaktorů s biofilmem se čištění provádí na povrchu vkládacích materiálů nebo na povrchu médií potažených biofilmem mikroorganismů a extracelulárních produktů jejich životně důležité činnosti.
Z aerobních čistících systémů s biofilmem se nejčastěji používají biofiltry (70 % všech čistících zařízení v Evropě).
Rýže. 1.13. Klasifikace zařízení umělého aerobního čištění
Mezilehlou pozici mezi strukturami s aktivovaným kalem a biofilmem zaujímají biotanky, biosorbéry a závěsné (fluidní) reaktory, které spojují výhody jak provzdušňovacích nádrží, tak biofiltrů. V biotancích s provzdušňováním kapaliny, s aktivovaným kalem a zátěží různých materiálů kapalina s kalem cirkuluje a provzdušňuje v mezerách mezi zátěží (viz obr. 1.12).
Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Book-Service Agency
Anaerobní čistící systémy se používají pro vyhnívání vysoce koncentrovaných odpadních vod, kalů, kalů včetně aktivovaného kalu z čistíren odpadních vod. Procesy využívající tradiční struktury se nejčastěji provádějí v anaerobních lagunách, septikách (septikách), vyhnívacích nádržích a kontaktních bioreaktorech (podrobněji viz Sekce 1.5.2).
V anaerobních lagunách, které jsou jednou dosazovací nádrží nebo systémem usazovacích nádrží, zůstávají odpadní vody od několika týdnů do 2 měsíců, vzniklé plyny jsou volně vypouštěny do atmosféry (obr. 1.14).
Septitanky jsou uzavřené horizontální usazovací nádrže, ve kterých sediment pevných částic vzniklý na dně hnije a je rozkládán anaerobními mikroorganismy.
Rýže. 1.14. Princip činnosti tradičních anaerobních reaktorů
Ve vyhnívacích nádržích se na rozdíl od septitanů provádí míchání, ohřev a kontrola základních parametrů (teplota, složení surovin, intenzita zatížení aparatury atd.). Proces čištění je intenzivnější než u septiků. Uvolněný bioplyn se shromažďuje a využívá.
V kontaktních zařízeních probíhá úprava v míchaném reaktoru pomocí sekundární usazovací nádrže k oddělení kalu, který se vrací do bioreaktoru. Principem činnosti jsou tyto systémy podobné provzdušňovacím nádržím se sekundárními usazovacími nádržemi s procesem čištění prováděným za anaerobních podmínek.
Biologické čištění odpadních vod
V posledních desetiletích byly vyvinuty a začaly být široce implementovány
v průmyslu jsou metody anaerobního čištění pokročilejší než použití tradičních struktur (viz část 1.5.3). Klasifikace zařízení anaerobního čištění zohledňující moderní systémy je uvedena na Obr. 1.15.
Rýže. 1.15. Klasifikace zařízení anaerobního biologického čištění
Biologické čištění se oproti jiným metodám vyznačuje nižšími provozními náklady, snadnou obsluhou, univerzálností, relativně malou tvorbou málo toxických a netoxických sekundárních odpadů (třída nebezpečnosti III, IV) a umožňuje čištění velkého množství odpadních vod různé kompozice.
Nevýhody biologického čištění jsou dány vysokými investičními náklady na výstavbu čistících systémů, citlivostí a malým rozsahem přípustných změn parametrů prostředí (t °, pH, koncentrace toxických nečistot), nutností přísného dodržování technologického režimu čištění , biostabilita některých organických látek a jejich toxicita pro biocenózu aktivovaného kalu , nutnost pre-
varné ředění vysoce koncentrovaných toxických odpadních vod, které vede ke zvýšení průtoku odpadních vod, relativně nízkým rychlostem rozkladu kontaminantů v biologických reakcích ve srovnání s procesy, ke kterým dochází při použití fyzikálních, fyzikálně-chemických a chemických metod, a v důsledku toho k potřebě velkých ploch pro léčebná zařízení.
1.3.2. Výkonnostní ukazatele čistíren odpadních vod a jejich srovnání
Na Obr. 1.16 uvádí označení veličin používaných při výpočtu ukazatelů výkonnosti zpracovatelských zařízení.
Rýže. 1.16. Označení veličin používaných při výpočtu výkonnostních ukazatelů zpracovatelských zařízení
Nejčastěji je provoz zařízení biologického čištění charakterizován následujícími ukazateli.
1. Stupeň čištění pro kontaminaci: ( S in. – S out. ) / S in. , kde Sin. , S ven. – koncentrace znečišťujících látek na vstupu a výstupu z čistíren.
2. Zatížení kalů organickou hmotou, BX – množství dodaných škodlivin (v jednotkách BSK, nerozpuštěné látky, v kg) na 1 kg bezpopelového kalu za den:
nebo na 1 m 3 konstrukce za den, BV:
kde je spotřeba odpadních vod, m 3 /den; Va – objem zpracovatelského bioreaktoru, m3; – čas strávený v zařízení, dny; X – bezpopelová látka (organická složka) kalu, kg/m3.
3. Oxidační síla, NX – množství zoxidovaných kontaminantů na 1 kg bezpopelové kalové látky za den:
Biologické čištění odpadních vod
nebo na 1 m 3 konstrukce za den, na 1 m 3 nakládacího materiálu, na 1 m 2 plochy (v biofiltrech):
4. Zatížení vodou, Q, m 3 /m 3 den nebo m 3 /m 2 plochy nakládacího materiálu za den, m 3 /m 2 povrchu usazovací nádrže za den:
5. Doba zdržení (doba zdržení hydrauliky, doba zdržení) vody v konstrukci, dny:
6. Růst kalu, FX ex. – množství kalu opouštějícího čistírnu za jednotku času:
FX ext. = os . · X os. + ven. · X out .
kde je oc. · X os. – množství přebytečného kalu odstraněného ve formě sedimentu sekundární usazovací nádrže, kg/den; os. – spotřeba odstraněného sedimentu, m 3 /den; X os. – koncentrace kalu v sedimentu, kg/m3; výstup a X ven. – průtok výstupního odpadu, kg/m 3 a koncentrace kalu ve výstupním odpadu v přečištěné vodě, kg/m 3 .
Množství růstu kalu lze odhadnout na základě znalosti výtěžku biomasy kalu na jednotku spotřebované BSK nebo CHSK, označované YX/BSK a YX/CHSK, v tomto pořadí:
FX ext. = · YX/ BSK · BSK FX g. = YX/ BOD COD (1.19)
Typické hodnoty YX/CHSK jsou 0,2–0,6 kg biomasy (sušiny) na 1 kg CHSK.
7. Stáří kalu – T, dny.
U provzdušňovací nádrže stáří kalu zahrnuje přímo strávený čas
v provzdušňovací nádrži a v sekundární usazovací nádrži:
kde V = V a + V o – objem aerační nádrže a sekundární dosazovací nádrže, m 3 .
Je důležité kontrolovat stáří kalu T, aby byla zajištěna požadovaná úroveň tvorby přebytku FX. a výskyt biochemických procesů, jako je nitrifikace, oxidace biostabilních kontaminantů. Se zvyšujícím se stářím kalu se snižuje množství přebytečného kalu na spotřebovanou jednotku BSK nebo CHSK a zvyšuje se rychlost nitrifikace. Stáří kalu lze měnit změnou poměru mezi množstvím recyklovaného (vratného) kalu FX p. = r. · X r. a přebytečný kal odstraněn ze systému FX izb.
V tabulce V tabulce 1.11 jsou uvedeny některé ukazatele oxidační síly přírodních a umělých metod biologického čištění odpadních vod.
Z důvodu zajištění příznivějších životních podmínek pro mikroorganismy probíhá biologické čištění v umělých strukturách mnohem intenzivněji než v přírodních, proto jsou systémy umělého čištění ve srovnání s přírodními metodami mnohem kompaktnější, ale vyžadují kapitálové investice a provozní náklady ( intenzivní procesy). Přírodní čistící systémy (extenzivní procesy) jsou jednodušší a zpravidla poskytují vysoce kvalitní čištěnou vodu, ale čištění pomocí nich probíhá pomalu (od 2–3 dnů do 2,5–3 měsíců). Jeho účinnost závisí na podmínkách prostředí, ročních obdobích a v důsledku toho je vyžadováno odcizení velkých ploch pro systémy čištění (tab. 1.11), což omezuje použití přírodních metod, zejména v blízkosti obydlených oblastí.
Aerobní systémy ve srovnání s tradičními anaerobními systémy jsou intenzivnější a tudíž kompaktnější, poskytují úplnější snížení obsahu BSK (CHSK) v odpadních vodách (nepočítáme-li aktivovaný kal) – až do požadavků maximálních přípustných koncentrací, odstranění živin (za zvláštních podmínek čištění) a jsou stabilnější vůči náhlým přetížením znečištěním a vůči sloučeninám, které inhibují biologickou aktivitu biocenózy čistíren odpadních vod. Biofiltry jsou obzvláště odolné vůči inhibičním kontaminantům. Při špičkovém přetížení toxické látky přítomné v odpadních vodách díky omezené difúzi často nestihnou proniknout hluboko do biofilmu a při krátkodobém přetížení čistírny nedochází k jeho vyplavování z aparátu. Aerobní bioreaktory jsou navíc méně náročné z hlediska bezpečnostních předpisů (nebezpečí požáru).
Typické hodnoty oxidační síly přírodních a umělých biologických metod čištění odpadních vod
Rozloha, hektary v dis-
během 10000 3 m XNUMX /den,
g BSK na 1 m 2 (pro pole)
nebo 1 m 3 za hodinu
na vstupu COD. = 1000 mg/l
Biologické čištění odpadních vod
Jednou z nevýhod aerobních metod je nutnost nuceného přísunu vzduchu (kyslíku) a doplňkových živin – zdrojů dusíku a fosforu. Provoz aerobních struktur proto vyžaduje vysoké náklady, zejména na provzdušňování (až 80 % celkových provozních nákladů na energii spotřebovanou při čištění odpadních vod; až 35 % nákladů na čištění odpadních vod). Nevyvážený přídavek živin nezbytných pro růst aktivovaného kalu vede ke znečištění životního prostředí.
Při provozu zařízení aerobního biologického čištění, zejména s aktivovaným kalem, vzniká mnoho přebytečné biomasy – až 0,5 kg sušiny aerobního kalu na 1 kg odstraněného BSK 5 . Přebytečný kal musí být odvodněn, likvidován, skladován v blízkosti čistíren nebo odstraněn a pohřben na kalových místech, což vyžaduje velké náklady (na odvodnění, dopravu a další) a vede k dalšímu znečištění životního prostředí pocházejícím z kalových míst.
Odpadní vody s vysokým obsahem kontaminantů je obtížné čistit aerobními metodami – je nutné je ředit pro zajištění stabilního provozu čistíren a dosažení norem pro obsah zbytkových kontaminantů (v souladu s ruskými požadavky na vodu pro kulturní a domácí účely, CHSK, např. < 30 mg/l, BSK, p.
v jednokrokovém procesu. To vede ke zvýšení objemu zpracovávaných odpadních vod a čistíren, spotřebované procesní vody a nákladů na energii na čerpání odpadních vod. Pokud obsah kontaminantů
nenii BSK vstup. > 500–1000 mg/l vyžaduje dodatečné čištění odpadních vod po stupni biologického čištění.
Při provozu anaerobních čistíren se tvoří mnohem méně kalu (ne více než 0,05–0,15 kg/kg spotřebované BSK) ve srovnání s aerobním procesem (0,4–0,5 kg/kg spotřebované BSK), protože množství energie uvolněné během rozkladu substrátu a buněčné hmoty dostupné mikroorganismům pro syntézu, v anaerobním procesu je to několikanásobně méně. Při fermentaci ve fermentorech a jiných uzavřených bioreaktorech si
štěpný bioplyn, sestávající převážně z metanu a CO 2 , lze shromažďovat a využívat. Anaerobní procesy se vyznačují nižší energetickou náročností, minimálními náklady na míchání (často bez míchání) a nízkými nároky na živiny (dusík, fosfor); Obvykle není nutné přidávat další množství minerální výživy, protože potřebná množství odpovídajících prvků jsou již obsažena
v odpadních vodách. Do některých je však stále potřeba přidávat malé množství živin (dusík, fosfor), stopových prvků (například Fe, Co, Ni, Mo, Zn, Se) a solí tvrdosti (ionty Ca 2+, Mg 2+). průmyslové odpadní vody.
Pomocí anaerobních metod je možné zpracovávat koncentrované odpadní vody bez ředění, různé odpady v pevné fázi (kuřecí trus, hnůj, odpadky s vlhkostí cca 40 %). Při anaerobní digesci je pozorována vyšší rychlost odumírání patogenní mikroflóry a získává se kvalitnější kal, který je dobře zhutněn
