| Всички приложения, графични материали, формули, таблици и чертежи на работата по темата: Биологично пречистване на отпадъчни води (предмет: Екология и опазване на природата) са в архива, който можете да изтеглите от нашия уебсайт. Започвайки да четете тази работа (чрез преместване на лентата за превъртане на браузъра надолу), вие се съгласявате с условията на отворения лиценз Creative Commons Attribution 4.0 Worldwide (CC BY 4.0).
Биологично пречистване на отпадъчни води
Дори в градовете на древен Египет, Гърция и Рим е имало канализационни системи, чрез които отпадъчните продукти на хората и животните са били транспортирани до водоеми – реки, езера и морета. В древен Рим, преди да бъдат изхвърлени в Тибър, отпадъчните води са се натрупвали и съхранявали в езерце за съхранение-клоака (cloaca maxima). През Средновековието това преживяване е до голяма степен забравено, тогава екскрементите на хора и животни се изливат по улиците на града и спорадично се премахват. Това е причинило замърсяване и замърсяване на източниците на питейна вода и е довело до епидемии от холера, коремен тиф, амебна дизентерия и т. н. В началото на 19 век в Англия е изобретена тоалетна с воден шкаф (WC). Имаше ясна необходимост от пречистване на отпадъчните води и предотвратяване на навлизането им в източниците на питейна вода. Отпадъчните води се събираха и съхраняваха в големи резервоари, а утайката се използваше като тор. В началото на ХХ век са разработени системи за интензивно пречистване на битови отпадъчни води, включително напоителни полета, където водата се пречиства чрез филтриране през почвата, струйни филтри с натрошен камък и пясък и резервоари за принудителна аерация - аерационни резервоари.Последните са основното звено на съвременните станции за аеробно пречистване на градски отпадъчни води. Първоначално основната цел на пречистването на отпадъчните води е била тяхната дезинфекция. Разбирането на значението на висококачественото пречистване на отпадъчните води за опазването на естествените водни тела дойде по-късно. Проблемът с чистата вода е един от най-належащите проблеми на новия век. За да се поддържат чисти местата за приемане на питейна вода, е необходимо висококачествено пречистване на отпадъчни води, чието производство в Украйна достига 500 литра на ден на глава от градското население. В момента са разработени и се разработват съвременни технологии за пречистване на отпадъчни води. Най-голям интерес и перспектива представляват естествените и най-евтини биологични методи за пречистване, които представляват интензификация на естествените процеси на разграждане на органични съединения от микроорганизми в аеробни или анаеробни условия.
Биохимичното пречистване се основава на използването на модели на биохимично и физиологично самопречистване на реките. Този процес се дължи на способността на някои микроорганизми да разрушават органични и някои неорганични съединения (например сулфиди и амониеви соли), превръщайки ги в безвредни съединения. - продукти на окисление - вода, въглероден диоксид, нитрати и сулфати.
Разграждането на органични вещества от микроорганизми в аеробни и анаеробни условия се извършва при различни енергийни баланси на общите реакции. По време на аеробното биоокисление на глюкозата 59% от енергията, съдържаща се в нея, се изразходва за растеж на биомаса и 41% е загуба на топлина. Това се дължи на активния растеж на аеробни микроорганизми. Колкото по-висока е концентрацията на органични вещества в пречистените отпадъчни води, толкова по-силно е нагряването, толкова по-висока е скоростта на растеж на микробната биомаса и натрупването на излишна активна утайка. С анаеробно разгражданеглюкоза с образуването на метан, само 8% от енергията се изразходва за растеж на биомаса, 3% са топлинни загуби и 89% отиват в метан. Анаеробните микроорганизми растат бавно и изискват висока концентрация на субстрат.
Аеробен процес: C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O + микробна биомаса + топлина.
Анаеробен процес: C6H12O6 -> 3CH4 + 3CO2 + микробна биомаса + топлина.
Аеробнотосе извършва от бактерии в присъствието на кислород във водата и е основният метод за биологично пречистване. Има няколко вида устройства, които използват аеробния принцип.
В биофилтрите отпадъчните води преминават през слой от едрозърнест материал, покрит с тънък бактериален филм. Благодарение на този филм, който служи като активен принцип, процесите на биологично окисление протичат бързо.
В биологичните езера всички организми, обитаващи резервоара, участват в пречистването на отпадъчните води.
В аеротенките (огромни резервоари от стоманобетон) активната утайка от различни микроорганизми служи като почистващ агент. Развитието им се улеснява от органични вещества, идващи от отпадъчни води, както и изкуствено създаден излишък на кислород. Ензимите, секретирани от микроорганизмите, минерализират органичните замърсявания.
Биологичният метод дава добри резултати при пречистване на битови отпадъчни води. Използва се и при пречистване на отпадъчни води от предприятия от целулозно-хартиената и нефтопреработвателната промишленост.
Аеробната микробна общност е представена от различни микроорганизми, главно бактерии, които окисляват различни органични вещества в повечето случаи независимо едно от друго, въпреки че окислението на някои вещества се извършва чрез коокисление (кометаболизъм). Аеробната микробна общност на активната утайка в аеробните системи за пречистване на вода е представена отизключително биоразнообразие. През последните години с помощта на нови молекулярно-биологични методи, по-специално специфични рРНК проби, в активната утайка е показано наличието на бактерии от родоветеParacoccus,Caulobacter,Hyphomicrobium,Nitrobacter,Acinetobacterи др.
Смята се, че досега не са идентифицирани повече от 5% от микробните видове, участващи в аеробното пречистване на водата. Трябва да се отбележи, че много аеробни бактерии са факултативно анаеробни. Те могат да растат в отсъствието на кислород чрез други акцептори на електрони (анаеробно дишане) или чрез ферментация (субстратно фосфорилиране). Продукти от тяхната жизнена дейност са въглероден диоксид, водород, органични киселини и алкохол.
Биологичното пречистване на отпадъчни води обикновено се предхожда от механично пречистване. И е последвано от химични и физико-химични методи (хлориране, електролиза, озониране).
Анаеробното разграждане на органичните вещества по време на метаногенезата се извършва като многоетапен процес, който изисква участието на най-малко четири групи микроорганизми: хидролитици, ферментатори, ацетаногени и метаногени. В анаеробната общност има тесни и сложни взаимоотношения между микроорганизми, които имат аналози в многоклетъчните организми, тъй като поради съществената специфика на метагените, тяхното развитие е невъзможно без трофична връзка с бактерии от предишни етапи. От своя страна, метановите археи, използвайки вещества, произведени от първични анаеробни бактерии, определят скоростта на реакциите, извършвани от тези бактерии. Ключова роля в анаеробното разграждане на органичната материя до метан играят метановите археи от родоветеMethanosarcina,Methanosaeta(Methanothrix),Methanomicrobiumи други. С тяхПри липса или недостиг, анаеробното разграждане завършва на етапа на ацидогенна и ацетогенна ферментация, което води до натрупване на летливи мастни киселини, главно маслена, пропионова и оцетна киселина, понижаване на pH и спиране на процеса.
Биоплато.Прогресивно развитие на природните биологични методи за лечение са биоинженерни структури като биоплато. За пречистване и последващо пречистване на отпадъчни води от населени места могат да се използват структури като инфилтрация и повърхностни биоплато.
Инфилтрационното биоплато е инженерна конструкция, разположена като правило в яма с дълбочина до 2 m, на дъното на която е разположен непроницаем екран от полиетиленово фолио. Върху крана се полага хоризонтален дренаж и слой от натрошен камък, пясък, експандирана глина или друг филтърен материал. Повърхността на конструкцията е засадена с тръстика, тръстика, рогоз и други местни видове висша водна растителност в размер на най-малко 10-12 стъбла на 1-2 m.
Според технологията на биоплатото в пречистването на водата участват общности от водни (на повърхността на блока) и почвени (във филтърния слой) микроорганизми, висша водна растителност и самия филтърен слой.
Пречиствателни съоръжения от типа биоплато: А - инфилтрационно биоплато; B - повърхностно биоплато: 1 - водоснабдяване за лечение; 2 - картер; 3 - утайка; 4 - разпределителен тръбопровод; 5 - непроницаем екран; 6 - растителна почва; 7 - пясък; 8 - натрошен камък; 9 - дренаж; 10 - висша водна растителност; 11 - скален насип; 12 - пречистена вода
Повърхностното биоплато също се намира в ямата и има непроницаем екран. Ролята на дренаж се изпълнява от скален насип, вместо филтърния слой се полага почвата на ямата, чиято повърхност е засаденависша водна растителност. Висшата водна растителност, в допълнение към пречистващата функция, осигурява повишена транспирация (изпарение) на пречистената течност през лятото с около 10-15%. Транспирационните свойства на висшата водна растителност също могат да се използват за ускоряване на изсушаването на леглата с тиня, увеличаване на производителността и ефективността на почистването на филтрационните полета.
Пречиствателните станции, базирани на технологията bioplato, обикновено се състоят от няколко блока, разположени в каскада, като блокът на повърхностното биоплато е краен блок. Като крайна част от структурата на биоплатото може да се включи блатиста зона (естествено повърхностно биоплато) с достатъчно гъсталаци от висша водна растителност. Първоначалният блок на конструкцията е картер, където се отстраняват големи включвания и суспендирани частици.
В момента има много биологични продукти, използвани за пречистване на отпадъчни води. Това са консорциуми от микроорганизми, изолирани чрез обогатителен културен метод, обикновено от активна утайка в аеротенкове на градски пречиствателни съоръжения за отпадъчни води. Те се използват за пречистване на отпадъчни води от местно значение, например в села, вили и вилни селища, малки селища от градски тип, мини-фабрики и др. Биологичните продукти, съдържащи органичен брой микробни видове, са по-ниски от прясната активна утайка по отношение на спектъра от разградими вещества. В същото време те съдържат бързо развиващи се щамове, които инициират процесите на разграждане на органичните замърсители. При нестерилен процес се развиват и съдържащите се в отпадъците микроорганизми и липсващите звена се включват в микробната общност.
Действието на микроорганизмите на биологичните продукти е, че в хода на живота си те произвеждат ензими, коитоспособни да разграждат мазнини, протеини и други сложни вещества от органичен произход до по-прости органични вещества, които лесно се разграждат от тях до въглероден диоксид и прости азотни съединения. След добавяне на лекарството концентрацията на микроорганизми се увеличава, а оттам и степента на пречистване. Понякога микробните клетки са имобилизирани върху твърд диспергиран носител, който може да служи като допълнителен източник на азот и фосфор. Препаратите съдържат асоциации от 6-12 щама аеробни и факултативно анаеробни микроорганизми, осигуряващи комплексно пречистване на отпадъчни води от органични замърсители: мазнини, протеини, сложни въглехидрати и дори (специализирани) от нефтопродукти. Биологичните препарати съдържат азотни и фосфорни соли като хранителни вещества, които стимулират растежа на микроорганизмите и производството на липолитични, амилазни, карбохидразни и други ензими от микроорганизмите, които улесняват максимално разграждането на органичните вещества. Подобни биоактиватори, но с малко по-различен състав, се използват и при производството на компост, в сухи килери и др.
Отпадъчните води от големите и малките градове се различават значително по отношение на концентрацията на органични замърсители. Съдържанието на органични замърсители в отпадъчните води от големите градове не надвишава 500 mg/l, обикновено 200-300 mg/l. Битовите отпадъчни води от малките населени места съдържат повече органични вещества от 500-1000 g/l или повече. В съвременните дачни и вилни селища често тоалетните и кухненските отпадъчни води, съдържащи голямо количество органични замърсявания, се отделят от канализацията на банята. За пречистване на отпадъчни води от интензивно развиващи се вилни селища се изграждат локални пречиствателни съоръжения, за които е необходимо да се използва активна утайка, за да се стартира и приведе в действие.градски аерационни станции или специални микробни препарати.
Списък с референции
1. Василиев Г.В., Ласков Ю.М., „Управление на водите и пречистване на отпадъчни води на предприятия от текстилната промишленост“. Москва: Лека промишленост, 1976 г.
2. Вишаренко В.С. „Принципи на управление на качеството на градската среда. Урбоекология.» М.: Наука. 1990 г.
3. Столберг Ф.В. Учебник "Екология на града". К: Везни. 2000 г.
4. Трочешников Н.С., Родионов А.И., Келцев И.В., "Технология за опазване на околната среда" Учебник за ВУЗ. - М.: Химия, 1981.
5. Юриев B.T. „Пречистване на отпадъчни води от малки съоръжения”. Рига, Авоц, 1983.