Особенности аэробных и анаэробных процессов биологической очистки сточных вод

Методы аэробной очистки сточных вод: как происходит очистка сточных вод в аэробных условиях

Процесс обеззараживания загрязненных сточных вод с участием аэробных микроорганизмов проходит при условии постоянного доступа кислорода (именно от кислорода зависит жизнедеятельность органических веществ). Сам процесс очистки протекает в биореакторе или аэротенке (специальная емкость из пластика, металла или бетона). В резервуаре на незначительном расстоянии от днища располагаются сита и щетки – они выполняют роль основы для размещения колоний аэробных бактерий.

Для обеспечения постоянного доступа кислорода на дне емкостей прокладываются аэраторы – специальные трубки с отверстиями. Воздух, который проходит по ним, насыщает стоки кислородом и тем самым создает необходимые для жизнедеятельности и роста аэробов условия. Поскольку процессы окисления органических веществ сопровождаются выбросом больших объемов энергии, рабочая температура внутри аэротенка может заметно повышаться.

Для нормальной систем рассматриваемого типа нужна сложная система электроники. Она способствует поддержанию необходимых для жизнедеятельности аэробных бактерий условий.

Анаэробная очистка воды

Анаэробный метод используется не только для очистки воды, но и для обезвреживания осадков, и протекает без использования кислорода. Процесс очистки осуществляется в специальных сооружениях — метантенках. Возможно использование метода при высокой концентрации загрязнений.

Суть способа заключается в том, что в процессе брожения или ферментации происходит выделение метана. По сути, действие это максимально приближено к естественным процессам, происходящим в природе, и схоже с процессом появления болотных газов. При этом метан как раз и является конечной фазой при разложении органики.

Следует отметить, что эффективность метода анаэробной очистки состоит в строгом соблюдении последовательности «рабочих фаз» процесса. И первая стадия здесь – гидролиз. То есть разложение сложных углеводов на простые составные и воду. Вторая стадия – преобразование сложных органических соединений в простые. Третья стадия – окисление и выделение кислорода. Стадия очень важная, и можно даже сказать, ключевая для данного процесса. Так как от качества и скорости окисления будет зависеть итоговый результат – образование метанов и углекислого газа (это, собственно, и есть четвертая фаза процесса).

Септик из бетонных колец

Этот вид локального очистного сооружения, работая по анаэробному принципу, несмотря на свою простоту и дешевизнутребует вдумчивого подхода. Вот какие особенности могут быть у этого вида септиков.

Главный инженер Дмитрий Задруцкий:

– Хотя подобный вид очистного сооружения на участке часто сооружают самостоятельно, следует учесть ряд особенностей данного вида септика:

Очищение в этом виде септика происходит путем перелива стоков из камеры в камеру

И поэтому устанавливают 3-х камерные септики из бетонных колец.
Необходимо обратить внимание на диаметр колец. От этого зависит объем септика

Чем больше количество проживающих людей, тем больше нужен объем септика и количество камер.
Если на участке высокий уровень грунтовых вод, то для того чтобы избежать просачивания загрязненных вод в почву требуется лучшая герметизация септика.
Для лучшего очищения стоков, можно использовать специальные бактерии, а для доочистки стока, рекомендуется устроить поле фильтрации.

К недостаткам подобного вида септика можно отнести:

• Сложность монтажа и большой объём земляных работ;
• В отличие от пластиковых септиков не обеспечивается полная герметичность стыков колец;
• Необходимость использования для установки септика спецтехники и подъёмного крана.

Назначение и сферы применения

Аэротенк – устройство для глубокой биохимической очистки стоков различного происхождения от органики и других примесей с помощью активного ила с аэробными бактериями и кислорода.

Сооружение представляет собой прямоугольный резервуар с технологическими камерами.

В зависимости от типа конструкции, аэраторы изготавливают из:

• бетона;
• железобетона;
• вспененного полипропилена.

В аэраторе применяется технология принудительной аэрации или принудительного кислородного окисления – аппараты оснащаются пневматическим или механическим аэратором для насыщения активной иловой массы кислородом, необходимым для жизнедеятельности аэробных бактерий.

Кроме кислорода, на функционирование бактерий в аэротенке оказывают влияние:

• качество питательной среды;
• температура жидкости;
• уровень кислотности;
• состав и концентрация загрязнений в стоках.

На жизнедеятельность микроорганизмов также влияет режим эксплуатации аэротенка, в частности:

• поддерживание оптимального соотношения «объем активного ила – уровень загрязнения воды»;
• период контакта ила и жидкости (время пребывания стоков в основной камере);
• объем закачанного в систему кислорода.

Как работает аэротенк?

Обработка стоков в аэротенках – интенсифицированный процесс самоочистки.

Устройство работает по следующему алгоритму:

1. Сточная жидкость поступает в центральный отсек резервуара – первичный отстойник.
2. Частично осветленные стоки перекачиваются в аэрационный бассейн с помощью эрлифта. К блоку подсоединено оборудование для нагнетания кислорода в систему – аэратор и компрессор. Датчики контроля концентрации кислорода автоматически поддерживают заданный уровень. В результате мощной продувки воздухом создается благоприятная среда для развития аэробных бактерий и простейших микроорганизмов.
3. Загрязненные стоки постепенно смешиваются с активным илом, образуя под воздействием бактерий крупные хлопья.
4. Хлопья адсорбируют растворенные и коллоидные примеси по принципу работы биологических фильтров. Присутствующие в хлопьях микроорганизмы разлагают загрязнения с образованием органического ила.
5. Хлопьевидный ил отделяется от очищенных стоков во вторичном отстойнике. Часть возвращается в систему (циркулирующий ил), иногда подвергаясь предварительной аэрации. Остаток (избыточный ил) перемещается в первичный отстойник для дополнительного отстаивания или аккумулируется в камере-стабилизаторе, и затем утилизируется.

Излишки активного ила удаляются с помощью насоса, как правило, входящего в состав установки. Другой вариант откачки ила – использование внешнего дренажного насоса.

Установка аэротенка производится с полным или частичным заглублением в грунт. Степень очистки СВ достигает 98 %, с доведением концентрации органики в обработанной воде по БПК_полн до 15 мг/л. Работа системы обычно полностью автоматизирована, не нуждается в ежедневном обслуживании, но требует контроля.

Аэротенки, в основном, используются для очистки хозбытовых вод с высокой концентрацией органики, в качестве автономных очистных сооружений, когда на объекте или в районе застройки отсутствуют централизованные инженерные коммуникации.

Работа активного ила

Активный ил – биоценоз микроорганизмов, способных сорбировать и окислять органические вещества.

Качество «работы» активного ила определяют:

• эффективность предварительного отстаивания стоков;
• вид органических примесей в стоках;
• степень минерализации органики;
• интенсивность и продолжительность периода аэрации;
• нагрузка, выражаемая объемом извлеченных примесей по БПК_полн, приходящихся на 1 г беззольного вещества активного ила в сутки.

Качественный активный ил быстро оседает – эта способность оценивается иловым индексом (объем ила в см3 после отстаивания в течение 30 мин., отнесенный к 1 г сухого вещества ила).

Индекс «рабочего» ила не должен быть выше границы в 130 см3/г. При более высоких показателях иловая масса во вторичных отстойниках отстаивается медленно. Кроме того, при превышении нормативного индекса происходит значительный вынос ила. Это приводит к сокращению объема ила в системе, нарушению процессов очистки, снижению ее качества.

Методы анаэробной очистки. Анаэробная биологическая очистка сточных вод

Процессы анаэробной очистки воды происходят в метантенках и биореакторах (данные установки являются герметичными). Материалы изготовления емкостей – металл, пластик, бетон. Поскольку для деятельности микроорганизмов кислород не нужен, все процессы очистки протекают без выброса энергии, и температура не повышается. При разложении органических составляющих, которые находятся в воде, численность колоний бактерий остается практически неизменной. Поскольку сложная система контроля за условиями среды в данном случае не требуется, стоимость методики получается сравнительно невысокой.

Главный недостаток анаэробной очистки – образование в результате деятельности анаэробов горючего газа метана. Поэтому конструкции можно устанавливать только на ровных, хорошо продуваемых поверхностях, по их периметру нужно обустраивать газоанализаторы с последующим подключением к системе пожарного оповещения. К слову, анаэробная очистка в большинстве случаев применяется для обслуживания загородных домов и дач в ЛОС.

Ключевое различие – аэробная и анаэробная очистка сточных вод

Надлежащая очистка сточных вод – важное требование для предотвращения болезней, передаваемых через воду, и поддержания здоровой окружающей среды для организмов. Процесс очистки, в котором участвуют микробы или живые организмы, называется биологической очисткой сточных вод

Существует два типа биологической очистки сточных вод, а именно аэробная очистка сточных вод и анаэробная очистка сточных вод. Аэробная очистка сточных вод осуществляется аэробными микроорганизмами. Аэробным микроорганизмам необходим кислород; следовательно, кислород подается в резервуары для аэробной очистки сточных вод. Анаэробная очистка сточных вод осуществляется анаэробными микроорганизмами. Таким образом, анаэробный процесс очистки сточных вод происходит без подачи кислорода. Ключевое различие между аэробной и анаэробной очисткой сточных вод заключается в том, что при аэробной очистке сточных вод резервуары для очистки постоянно снабжаются кислородом, в то время как при анаэробной очистке сточных вод предотвращается попадание газообразного кислорода в систему.

1. Обзор и основные отличия 2. Как осуществляется очистка сточных вод 3. Что такое аэробная очистка сточных вод 4. Что такое анаэробная очистка сточных вод 5. Сходства между аэробной и анаэробной очисткой сточных вод 6. Параллельное сравнение – аэробная и анаэробная очистка сточных вод в табличной форме 7. Резюме

Что это за методы биологического очищения?

Аэробные и анаэробные методы относятся к биологической очистке. Все они задействуют микроорганизмы, которые расщепляют органику на отдельные компоненты. В итоге бактерия получает строительный материал для роста и развития.

В сточных водах в большом количестве имеются органические соединения, которые и становятся питательной средой для микроорганизмов.

Сфера применения таких методов – это очистные конструкции для различных предприятий:

• по изготовлению соков, пива, алкогольной продукции и других напитков;
• по переработке сыворотки;
• сельского хозяйства;
• молокозаводы;
• фармацевтические компании;
• мясокомбинаты;
• производители косметики;
• предприятия химической промышленности.

Для аэробной очистки требуется непрерывное поступление кислорода. Это главный фактор, обеспечивающий деятельность микроорганизмов.

Анаэробный метод используется для ликвидации ила и других твердых осадков. При этом происходит отделение нерастворимых элементов, которые разлагаются с помощью бактерий.

При анализе загрязненности используется термин ХПК – химическое потребление кислорода. Этот показатель отражает концентрацию органики в воде.

Процесс очистки подробно

Анаэробная деградация органических примесей – многоэтапный процесс с участием различных микроорганизмов:

• гидролитиков;
• ацетогенов;
• бродильщиков;
• метаногенов.

Среди микроорганизмов наблюдаются сложные взаимосвязи. Метаногены отличаются субстратной специфичностью, не способны развиваться вне трофической связи с другими субъектами сообщества.

Причем именно метаногены способны создавать оформленные структуры с другими бактериями или смешанные колонии. В свою очередь метановые археи, используя продуцируемые первичными анаэробами вещества, определяют скорость реакций бактерий.

Самая важная характеристика анаэробного ила – метаногенная активность, которую определяет состав стоков.

На стабильность анаэробного процесса влияют:

• фазовый и химический состав субстрата;
• гидродинамический режим, определяемый скоростью протока;
• присутствие токсичных соединений.

Отрицательно влияют на эффективность анаэробного процесса:

• высокий показатель pH стоков;
• снижение температуры обрабатываемой воды;
• низкая концентрация загрязнений.

Анаэробная трансформация органических субстратов в метан под воздействием микроорганизмов происходит в 4 стадии разложения:

1. Гидролиз. Углеводы, протеины, липиды/ жиры на первом этапе преобразуются в соответствующие мономеры (сахара, аминокислоты, жирные кислоты).
2. Ацидогенез. Мономеры подвергаются ферментативному разложению, трансформируются в органические кислоты, спирты и альдегиды.
3. Ацетогенез. Вещества окисляются в уксусную кислоту, что связано с получением водорода.
4. Метаногенез. На заключительном этапе образуется метан и в качестве побочного продукта углекислый газ.

Все стадии преобразования взаимосвязаны и должны протекать в резервуаре анаэробного реактора по строгому алгоритму, отклонение от одного промежуточного этапа нарушает весь процесс. Чтобы добиться максимальной эффективности, необходимо точное проектирование реакторов анаэробной очистки и их настройка на сточную воду с определенными свойствами.

В зависимости от того, какие органические примеси преобладают в обрабатываемой сточной жидкости, меняется состав биогаза и процент метана. Углеводы обычно разлагаются легко, но дают относительно меньшую долю метана.

Жиры и масла распадаются очень медленно, но в результате образуется большой объем биогаза с высокой концентрацией метана. Кроме того, происходит образование побочного продукта – жирных кислот, которые способны замедлить процесс разложения.

Обезвоживание ила

При периодической очистке резервуаров требуется удаление части активного ила ассенизаторской техникой или вручную.

Обработка избыточного анаэробного ила представляет собой простой процесс без особых проблем, т. к. биомассу характеризуют:

• небольшой объем;
• значительная исходная концентрация сухого вещества (до 100 г/дм3);
• высокая зольность и стабильность;
• хорошие водоотдающие качества.

Показатели позволяют обезвоживать ил без применения реагентов. Для обработки используются стандартные устройства – центрифуги, ленточные фильтр-прессы. При высоких нагрузках обезвоживание производится на иловых площадках.

Это качественное органоминеральное удобрение, которое используется практически без ограничений. С помощью сушильных центрифуг из ила можно получать иловый концентрат. Кроме этого, в анаэробном иле много минеральных элементов и витамина В₁₂, что делает его полезной пищевой добавкой при подкормке животных.

Преимущества и недостатки метода

Деятельность анаэробных бактерий не сопровождается выделением энергии, поэтому температура внутри емкости остается постоянной. Оборудование работает без системы управления, что положительно сказывается на стоимости.

Среди других преимуществ:

• эффективное удаление органических примесей;
• простая эксплуатация;
• низкие эксплуатационные расходы (например, для анаэробной микробиоты не нужна дополнительная аэрация);
• надежность оборудования;
• отсутствие необходимости частой утилизации постоянно растущей избыточной биомассы, как в аэробных сооружениях;
• экологичность очищенных вод;
• не выделяются опасные вещества.

Недостатки:

• серьезные вложения на этапе строительства;
• требуется строгий контроль соблюдения всех этапов технологического процесса;
• некоторые токсичные компоненты стоков способны привести к гибели микробиоты;
• иногда необходима доочистка стоков.

Что такое аэробная очистка сточных вод?

Процесс аэробной очистки сточных вод регулируется аэробными организмами, которым необходим кислород для процесса разрушения. Резервуары аэробной очистки сточных вод постоянно снабжаются кислородом. Это достигается за счет циркуляции воздуха через резервуары. Для эффективного функционирования аэробных организмов в аэробных баках всегда должно быть достаточное количество кислорода. Таким образом, во время аэробной обработки поддерживается надлежащая аэрация.

Существует два основных типа аэробной очистки сточных вод: присоединенные системы культивирования или стационарные пленочные реакторы и подвесные системы культивирования.

Прикрепленная система культуры

В прикрепленной культуральной системе биомасса выращивается на твердых поверхностях или средах, а сточные воды проходят через микробные поверхности. Капельный фильтр и вращающийся биологический контактор – это две прикрепленные системы культивирования.

Подвесная система культуры

В подвесных системах культивирования биомасса смешивается со сточными водами. Система активного ила и окислительная канавка – две популярные подвесные системы культивирования.

Проблема загрязнения окружающей среды

Вода – это жизнь, но потребляем мы ее чистую, а возвращаем грязную. Если стоки не очищать, то время «драгоценной влаги», описанное многими писателями-фантастами, наступит очень скоро. Природа может очищать воду самостоятельно, но данные процессы протекают очень медленно. Количество людей увеличивается, объемы потребления воды также возрастают, поэтому проблем организованной и тщательной очистки стоков стоит особенно остро. Самой эффективной технологией очищения воды является именно биологическая. Но, прежде чем рассматривать основные принципы ее работы, нужно разобраться с составом воды.