Биохимическая очистка

Биохимическаяочистка является одним из методов очистки сточных вод от простых и комплексных цианидов, хроматов, бихроматов, ионов тяжелых металлов, а также от органических веществ.

В основе технологии биохимической очистки лежит использование специфического активного ила, как в свободном объеме, так и в виде биопленки. Микроорганизмы используют для питания вещества, находящиеся в сточной воде, увеличивая при этом свою массу. Одновременно протекают два процесса: адсорбция из сточной воды тонкодисперсной и растворенной примесей поверхностью тела микроорганизмов, а также разрушение адсорбированных веществ внутри клетки бактерий за счет биохимического окисления и восстановления.

Продолжительность адаптации микроорганизмов зависит от вида токсичных веществ, их концентрации. Адаптация протекает в течение двух и более месяцев. Для поддержания жизнедеятельности биоценоза необходимо подавать на очистные сооружения концентрированные сточные воды стабильного состава.

Очистка от тяжелых металлов происходит в результате взаимодействия с ними сероводорода, выделяющегося при метаболизме сульфато восстанавливающих бактерий, с образованием нерастворимых солей согласно реакциям:

Ni²⁺ +H₂S→ NiS↓

Zn²⁺ + H₂S→ ZnS↓

Cu²⁺ +H₂S→ CuS↓

Cd²⁺ +H₂S→ CdS↓

Одновременно сероводород восстанавливает Сr⁶⁺ до Сr^{3+ .}, который при избытке H₂S образует Сr₂S₃, а при его недостатке гидроксид хрома:

Cr₂O₇²⁺+H₂S+2H⁺→ 2Cr(OH)₃↓ +3S+H₂O

Следует отметить, что процессы протекают только в анаэробных условиях.

На основании исследований, проведенных Уфимским нефтяным институтом, разработана технологическая схема биохимической очистки сточных вод гальванического производства (рис. 23).

В отличие от обычной схемы биологической очистки приходится предусматривать дополнительное питание микроорганизмов, поскольку отсутствие или недостаточное количество биогенных добавок (соединений азота, фосфора, сульфатов, органических веществ) приводит к ухудшению качества ила и, следовательно, к снижению его очищающей способности. Состав питательного раствора должен удовлетворять следующим требованиям: концентрация ХПК не менее 800 мг/л, концентрация сульфатов не менее 800 мг/л концентрация азота не менее 100 мг/л, концентрация фосфора не менее 50 мг/л.

Узел биохимической очистки - основной на очистных сооружениях. Здесь происходит изъятие ив сточных вод ионов тяжелых металлов и других загрязнений. В биотенке 2 сточная вода смешивается с бактериальной культурой. Для закрепления микроорганизмов в сооружении предусматривается двухслойная загрузка из пористого материала (пемзы) (рис. 24) Толщина одного слоя - 1м.

Характеристика загрузочного материала:

материал - пемза.

средние размеры куска - 100-150 мм.

объем, занимаемый одним куском - I00 мм.

вес среднего куска (пемзы) - 100г.

объём, занимаемый одним слоем пемзы (высота слоя 1 м) – 3 м³

объём занимаемый загрузкой – 16 м³

Для обеспечения нормальной жизнедеятельности микроорганизмов следует поддерживать температуру около 30^ОС.

Образовавшиеся нерастворимые сульфиды металлов и гидроокиси частично выносятся вместе с очищаемой водой, основное же из них количество оседает в нижней части биотенка. Продолжительность пребывания сточных вод в сооружении – 16-20 часов.

Накопителем необходимого количества культуры микроорганизмов для засева биотенков служит культиватор (рис. 26. поз. 7)

Необходимо отметить, что технологический процесс предусматривает образование избытка H₂S, Для экологической безопасности на очистных сооружениях необходимо иметь дополнительно узел по его утилизации.

Сформированная таким образом схема биохимической очистки может обеспечить снижение концентрация загрязняющих веществ до показателей, приведенных в таблице 8.

Таблица 8 Оптимальный состав сточных вод, поступающих на биохимическую очистку и концентрации загрязнений в очищенных водах.

Со временем эти сложности будут восприниматься как малозначащие по сравнении с главным достоинством биохимического способа - его экологической чистотой.

Очистка сточных вод биохимическим методом может осуществляться в биосорбере. Биосорбер предназначен для доочистки городских и промышленных сточных вод от органических загрязнений, взвешенных веществ, а также СПАВ, нефтепродуктов, красителей и соединений азота. Схема биосорбера приведена на рис. 25 Установка позволяет;

- получать очищенную воду с содержанием органических веществ по БПК₅ до-3 мг/л, концентрацией взвешенных веществ 1-3 мг/л, концентрацией аммонийного азота, 5÷ 2 мг/л;

-использовать очищенные сточные воды в замкнутом водоснабжении;

По утверждениям разработчиков по сравнению с сорбцией на гранулировано активном угле с термической регенерацией сорбента биосорбер имеет следующие преимущества:

- высокую сорбционную и окислительную мощность;

- отсутствие потерь сорбента;

- надёжность работы оборудования;

- возможность эффективного использования ценных газов (кислорода, озона);

- непрерывность процесса;

- исключается громоздкое оборудование;

- эксплуатационные затраты снижаются в 3-5 раз;

- капитальные затраты сокращаются в 2, 5 раза;

Биосорбер состоит из резервуара с двухслойной сорбирующей загрузкой, оборудованного циркуляционной камерой, системой водораспределения, дренажной системой для рецркуляции обрабатываемой жидкости.

В нижнем псевдоожиженном слое сорбента происходит сорбция органических веществ и их окисление микроорганизмами, обеспечивающее непрерывную биологическую регенерацию сорбента. В верхнем уплотнённом слое сорбента, кроме того задерживаются взвешенные вещества.

Рассмотренный метод очистки представляется наиболее перспективным в экологическом отношении, так как не создает дополнительного засоления очищенных вод. Осадок, образующийся в результате биохимической очистки, после сушки и прокаливания может использоваться как вторичное сырье в цветной металлургии. по мере накопления производственного опыта будут смягчены негативные стороны этого метода: существенные капитальные затраты, достаточно длительный пусковой период, высокие требования к квалификации службы эксплуатации.

Процесс биологической очистки основан на способности микроорганизмов использовать растворенные органические вещества сточных вод для питания в процессе жизнедеятельности. Часть органических веществ превращается в воду, диоксид углерода, нитрит - и сульфат ионы, часть идет на образование биомассы. Сооружения биологической очистки можно условно разделить на два вида: 1.с очисткой в условиях, близких к естественным; 2.с очисткой в искусственно созданных условиях.

К первому виду относятся поля фильтрации и орошения (земельные участки, в которых очистка происходит за счет фильтрации через слой грунта), а также био­логические пруды (неглубокие водоемы, в которых происходит очистка, основан­ная на самоочищении водоемов). Второй вид составляют такие сооружения, как биофильтры и аэротенки.

Био­фильтр - резервуар с фильтрующим материалом, поверхность которого покрыта биологической пленкой (колония микроорганизмов, способных сорбировать и окислять органические вещества из сточных вод).

Аэротенк - резервуар, в кото­ром очищаемые стоки смешиваются с активным илом (биоценоз микроорганиз­мов, также способных поглощать органику из стоков). Биологическая очистка является основным методом обработки городских сточных вод.