Біологічне очищення води

Сьогодні стало очевидним, що загроза існуванню життя приховується не стільки в атомній небезпеці, скільки в загрозливій екологічній ситуації.

Підготовка води для питного і промислового водопостачання відрізняється від інших областей хімічної технології тим, що процеси водоочищення відбуваються у великих об'ємах при невеликій концентрації розчинених речовин. водопідготовки - забезпечити фізичні та біохімічні показники води, визначені в ДЕРЖСТАНДАРТ для питного водопостачання або відповідні заданому технологічному циклу на підприємстві та задовольняють експлуатаційним умовам для обладнання.

Які методи усунення забруднень існують

Природна вода - складна дисперсна система, що містить величезну кількість розчинених і зважених домішок різного фазового складу, мінеральної та органічної природи. Застосувати універсальний спосіб видалити таку множину речовин неможливо. усунення певної групи речовин.

Залежно від спрямованості впливу та застосовуваних інструментів існує чотири основні види методів очищення води:

1. Фізичні методи підготовки води.
2. Видалення розчинених забруднювачів за допомогою реагентів – хімічні способи.
3. Комбінована дія на забруднюючі субстанції фізико-хімічними процесами.
4. Біологічне очищення води.

Фізичні методи водоочищення затребувані переважно на підготовчому етапі водопідготовки. Це фільтрація, проціджування, відстоювання. Вони спрямовані на усунення великих включень з об'ємів води, які можуть порушити роботу обладнання та швидко вивести з ладу селективні фільтруючі матеріали при подальшій обробці та селективному очищенні води.

Хімічні методи засновані на здатності сполук вступати у хімічні реакції між собою. Вводячи спеціальні реагенти для запуску певних взаємодій, можна перевести токсичні забруднення в безпечні сполуки, зв'язати їх у складні комплекси або нерозчинні опади, які легко видалити фільтрацією або іншим методом відділення.

Фізико-хімічні процеси поєднують у собі комбіноване вплив на подану для очищення воду фізичними явищами та хімічними реагентами. Такі методи ґрунтуються на властивостях видалених домішок, активізувати які допомагають спеціально введені речовини, що ініціюють хімічні та фізичні процеси. За допомогою фізико-хімічного очищення видаляють як мінеральні забруднювачі, так і органіку, іони металів, розчинені гази.

Біологічні способи очищення – це порівняно молоді, але перспективні методи видалення з води небажаних елементів та сполук за участю живої мікрофлори, спеціальних бактерій, грибів. Суть – у вибірковому поглинанні живими організмами забруднювачів із води як живильного матеріалу для своєї життєдіяльності.

Що входить до складу біологічних методів очищення води

Біологічне очищення води найчастіше застосовується в замкнутій системі водопостачання шляхом адсорбції та окислення забруднюючих речовин у заздалегідь підготовленому шарі активного мулу. Шламова його складова знаходиться біля донної частини обладнання, а частина - у плаваючій зафіксованій насадці. Здатність мікроорганізмів вибірково вживати для харчування ті чи інші органічні та мінеральні сполуки з води, що очищається, дозволяє підібрати види живих бактерій для біологічного очищення води певного хімічного складу. Нітробактерії Nitrosomonas окислюють азотисті сполуки у процесі життєдіяльності, серобактерії нейтралізують сірководень.

Мікроорганізми, що беруть участь у біологічному очищенні води, містяться у вигляді колоній у сіро-бурій кашкоподібній субстанції із запахом землі – активним мулом. Він легко відстоюється і осідає на дно, що дозволяє швидко відокремити чисту воду від мулу, що відпрацював. Усі мікроорганізми для біологічної очистки води поділяються на два класи залежно від умов, у яких вони виявляють свою активність. Аеробної мікрофлори необхідний кисень для життєдіяльності та запуску процесів окиснення. Навпаки, харчування та активне споживання поживних речовин анаеробними бактеріями відбувається лише у безкисневому просторі. Залежно від вибраного типу мікроорганізмів коригуються експлуатаційні умови пристроїв для біологічного очищення води.

Процес біоочищення води відбувається в спеціальних спорудах:

• біопрудах та на полях фільтрації;
• біологічних фільтрах;
• аеротенках та метатенках.

Специфічні мікроорганізми, продукуючи в активному мулі, працюють як біоценоз мінералізуючої мікрофлори, здатної адсорбувати органічні та мінеральні сполуки на поверхні та окислювати їх.У всіх спорудах, крім метатенків, процеси окислення проходять за участю кисню.

Біологічні ставки як метод очищення

Біологічні ставки - штучно створені або природного походження водоймища з вільною аерацією, на дні яких в активному мулі живуть мікроорганізми. На процеси біологічної очистки води сприятливо діють рослини ставків, особливо ряска, очерет, плаваючий рдест, очерет, рогоз і роголістник.

Поля фільтрації організовують на суглинистих, глинистих, торф'яних, піщаних ділянках ґрунтів. Через ґрунт, як фільтруючий матеріал пропускають воду. Мікроорганізми, що живуть у ґрунті, паралельно очищають воду від розчинених та зважених домішок. Це найпростіші способи здійснення аеробної біологічної очистки води, не ефективні при високих концентраціях домішок і великому потоці води, але абсолютно не витратні і не потребують постійного контролю людиною.

Біологічне очищення на фільтрах

Біофільтр працює з використанням принципів фізичної фільтрації. Водний розчин пропускається через шар завантаження, попередньо вкритий біоплівкою з аеробної мікрофлори. Щоб живі організми активно розщеплювали забруднення, воду у біофільтрах аерують примусово. Однак можлива природна циркуляція повітря.

Аеротенки та метатенки

Аеротенки відрізняються складнішим пристроєм, ніж біофільтри. Тут біологічне очищення води здійснюється за обов'язкової примусової аерації. Перед надходженням в аеротенк водний розчин перемішують з активним мулом, а потім пропускають через завис повітряний потік. Повітря насичує воду киснем, активізує процеси окислення та розкладання забруднювачів, сприяє постійному перемішування розчину.Якщо замість повітря аерацію проводити киснем, ефективність біологічної очистки води зростає в рази, а такі установки звуться окситенки.

Безкисневе біологічне очищення стічних вод анаеробними мікроорганізмами найчастіше проходить у метантенках. Головною особливістю процесу є відсутність необхідності здійснювати аерацію. А як побічний продукт в результаті хімічних процесів окислення та харчування анаеробних організмів утворюється біогаз. В резервуар метатенку подається концентрований осад із відстійників. Там він піддається бродінню. Для прискорення процесу використовують підвищення температури до 35°С при мезофільному бродінні і до 55°С при термофільному. Процес безкисневого очищення вод досить складний, проходить у кілька етапів і закінчується отриманням чистої води та метану – дружнього для екології палива.

Після механічної та біологічної очистки води на виході формуються різні опади органічних сполук. Це великі частинки, що осідають на фільтрах, осад з первинних відстійників, активний мул або біологічна плівка, що утворюються в пристроях біологічної аеробної очищення води. Після подрібнення такі відходи відправляються в спеціальну протоку перед первинними відстійниками, уловлюються ними і переміщуються в сирий осад. Сумарна кількість опадів знаходиться в межах 1% обсягу води, що обробляється, з них 50 - 75% становить активний мул.

Є методики, що використовують активоване вугілля збільшення ефективності біологічної очистки вод. Його додають у воду на вході в аеротенки в кількості 150 - 250 мг/л або адсорбер з примусовою аерацією.Цей спосіб досить перспективний, тому що підвищує якість очищення води та дозволяє зменшити габарити очисних установок на 20 – 30%.

Комплексний підхід

У сучасних системах водопідготовки методи очищення використовуються комплексно, доповнюють одне одного підвищення ефективності. Немає жодного універсального способу позбавити воду всіх забруднень шляхом проведення однієї технологічної операції. Ми бачимо складні фільтруючі системи в квартирах та будинках, що складаються з попередньої фільтрації, установок іонного обміну та зворотного осмосу, аераційних колонок та УФ-стерилізаторів. На підприємствах, де водообіг значно більший, застосовують потужне обладнання, що діє фізичні, хімічні, електричні властивості домішок, біологічне очищення води в аеробних та анаеробних умовах. Важливо правильно підібрати очисні споруди під склад забруднень та реалізувати їхню безперебійну роботу в заданих умовах.

Заявка на вибір обладнання

Біологічне очищення води

Існують різні способи очищення: від класичних і давно до сучасних. Одним із нових, але перспективних методів є застосування так званих біофільтрів. З цієї статті ви отримаєте відповіді на хвилюючі питання і дізнаєтеся, що є біологічним очищенням води, як вона проходить і де застосовується, а також які види очисних споруд використовуються.

Існуючі технології очищення

Усі методи водоочищення, що використовуються на практиці, поділяються на декілька груп:

• Фізичні методи. До цієї категорії належать відстоювання у спеціальних відстійниках, проціджування через спеціальні матеріали, механічна фільтрація.Фізичне очищення зазвичай проводиться попередньо для виведення з об'єму води твердих домішок, які можуть скоротити термін служби чутливого обладнання, а також зменшити ефективність водообробної схеми.
• Хімічні способи. Це введення у воду реагентів. Вони активують необхідні хімічні реакції, під впливом яких токсичні сполуки реагують із хімічними добавками та розпадаються на безпечні речовини.
• Фізико-хімічні способи, до яких відносять фільтри іонного обміну пристрою зворотного осмосу. Це комбінована методика, що охоплює хімічні та фізичні процеси. Вони сприяють запуску певних реакцій та явищ, які забезпечують, наприклад, перетворення розчинених домішок на нерозчинні, а також подальшу фільтрацію – видалення осаду.
• Біологічні методи очищення. Вони залучають живу мікрофлору – скупчення мікроорганізмів, сорбирующих, поглинаючих і переробних забруднення.

Як це працює

Як відбувається очищення забрудненої води у біофільтрах? Принцип роботи таких очисних систем ґрунтується на здатності окремих мікроорганізмів вибірково, селективно використовувати органічні домішки та окремі неорганічні сполуки (азот, калій, фосфор, сірку) для живлення, отримання необхідної для життєдіяльності енергії, розмноження. У ході таких процесів безліч розчинених частинок, що застосовуються бактеріями як поживні речовини, піддаються окисленню, розщепленню на окремі складові, а також повній нейтралізації.

Біологічне очищення – це ефективна переробка забруднюючих елементів мікроорганізмами. Частина таких речовин утворює нерозчинний або важкорозчинний осад, що підлягає механічній фільтрації.При перетворення інших домішок з'являються побічні продукти, наприклад, метан, вуглекислий газ. Вони нетоксичні та безпечні. А метан – це екологічне паливо.

Біологічний метод очищення передбачає використання активного мулу. Вода, як правило, проходить через шар такої біомаси, яка є біоценозом найпростіших мікроорганізмів і бактерій, що беруть участь у процесах обробки колоній.

Елемент з активним мулом фіксується у фільтрі або перебуває у зваженому, вільному, плаваючому стані. При цьому шлам, тобто неминуче виникають відходи (загиблі мікроорганізми, виділені бактеріями продукти життєдіяльності), опускаються на дно конструкції. З них утворюється осад, який регулярно видаляють, при необхідності додатково обробляють і застосовують як добрива.

Які бактерії використовують для видалення забруднюючих речовин

Які саме бактерії очищають воду найефективніше? Є різні типи мікроорганізмів, які здатні поглинати та переробляти забруднення. Це гриби, найпростіші водорості, бактерії, деякі рослини. Їхній вибір залежить від різних факторів. Це наявність та переважання певних домішок (продуктів життєдіяльності живих організмів та іншої органіки, неорганічних речовин, різних хімічних елементів), джерело води та її склад, концентрація забруднень, умови довкілля, необхідний кінцевий ступінь очищення та інші моменти.

Усі мікроорганізми поділяються на дві великі групи:

• Аеробні. Для життєдіяльності та активного розмноження аеробних мікроорганізмів вкрай необхідний кисень, без якого загибель представників виду аеробів. Лише у кисневому середовищі нормально протікають процеси розкладання складних сполук більш прості речовини, і навіть окислювальні реакції.Кисень повинен надходити постійно і в необхідних обсягах, його подача здійснюється природним чином (з атмосферного повітря за рахунок великої площі зіткнення води з ним) або штучно, примусово шляхом аерації, активного насичення.
• Анаеробні. Для їхнього життя та збільшення колоній, навпаки, потрібне безкисневе середовище. Біологічне очищення за допомогою анаеробних мікроорганізмів здійснюють у спеціальних блоках – метантенках.

До найчастіше використовуваних мікроорганізмів відносять такі, як амеби, коловратки, інфузорії, джгутиконосці (найпростіші джгутикові), нитчасті бактерії, малощетинкові черв'яки. Нітробактерії ефективно справляються з окисленням азотистих сполук, що містяться у воді, оскільки азот потрібний для підтримки нормальної життєдіяльності таких видів. А важлива особливість сіркобактерій – нейтралізація сірководню при контактах із ним.

Крім мікроорганізмів, важлива та рослинна маса. Вона включає різноманітні водорості, рогоз, очерет, плаваючий рдест, роголістник, ряску. Все це зустрічається або спеціально висаджується в ґрунт у природних відкритих водоймах. Рослини виділяють необхідний аеробам кисень, а також беруть участь у деяких реакціях.

Види установок для біологічного очищення

Біологічне очищення - це загальне поняття, яке охоплює декілька методів. Вони різняться за призначенням, по організації, конструкції, режиму роботи, підтримуваному середовищі (кисневому або безкисневому), наповненню та іншим основним і додатковим характеристикам. Нижче розглянемо всі способи та використовувані для біоочищення установки.

Біофільтри

У різних галузях застосовують біофільтри. Це установки із завантаженнями, покритими біоплівкою – тонким шаром мікроорганізмів.Тобто одночасно відбувається і біоочищення, і механічне фільтрування.

Біофільтри за принципом дії та конструкції бувають крапельними, баштовими, високонавантажуваними. Завантаження може бути об'ємним, наприклад, із шлаку, щебеню, гравію, а також плоским – з кераміки, тканини, азбестоцементу. За кількістю щаблів установки класифікуються на одно-і двоступінчасті. Останні використовують, коли вода містить багато домішок і її очищення вимагає глибокої обробки додатково до основного етапу.

Аеротенки

У цих установках передбачено примусове подання кисню. Перед надходженням вода змішується з активним мулом, потім занурюється в аеротенк, де через цей розчин пропускається повітряний потік або чистий кисень. Аерація, по-перше, постійно перемішує вміст, по-друге, запускає необхідні процеси розщеплення та окислення.

Метантенки

У метантенках кисню немає, а очищення забезпечують анаеробні мікроорганізми, які формують біогаз метан, за що пристрої отримали свою назву. У ємність установки з відстійника надходить концентрат. Він підлягає зброджуванням при нормальній або підвищеній температурі (до +35 градусів при мезофільних процесах або до +55 – при термофільних).

Біологічні ставки

Біопруди частіше створюють штучно, але є і природні водоймища, що використовуються для очисних цілей. Дно покривається активним мулом. Щоб досягати потрібного ефекту, глибина ставків має бути не більше 1 метра. При такому значенні вода добре прогрівається і насичується природним чином киснем. Влітку процес йде активно, а взимку зупиняється, оскільки мікроорганізми занурюються у стан сну.

Поля фільтрації

Такі поля застосовують для роботи зі стоками.Їх організують на відповідних ґрунтах: торф'яних, глинистих, піщаних, суглинистих. Дно полів покривається шаром мікроорганізмів. Ґрунт грає роль фільтруючого матеріалу. Забруднена вода з підземними джерелами не взаємодіє, тому що відводиться через дренажну мережу.

Мембранні біореактори

У таких реакторах передбачено дві зони. У першій відбувається біоочищення на шарі активного мулу, де розщеплюються різні домішки. Далі вода прямує у спеціальні мембрани: трубчасті, плоскорамні або половолоконні. Тут затримуються всі зважені частинки і можливі мікроорганізми, що залишилися в розчині. Біореактори можуть використовуватися як після інших стадій водообробки, так і перед завершальними етапами, наприклад, нанофільтрацією.

Біологічні очисні станції

Такі станції є багатокомпонентними установками, в яких передбачено кілька робочих камер. Водний потік послідовно проходить через ці колони, де знаходяться активний мул та кисень.

Очисна біостанція має середні розміри, є переносною. Вона потребує періодичного обслуговування, яке передбачає регулярні промивання внутрішніх просторів резервуарів струменями води під високим тиском. Після такого очищення пристрій може бути перезапущено.

Септики

Це резервуари, створені для відтворення природного, природного розкладання забруднень. Такі споруди зазвичай використовують у каналізаційних мережах приватних домоволодінь. Вони діляться на аеробні та анаеробні. Останні працюють автономно, без сторонніх втручань, а перші вимагають насичення киснем. У септики періодично додається біомаса.

Необхідні умови для ефективного біоочищення

Щоб використання біологічних фільтрів давало очікувані результати, а також для підвищення ефективності таких установок потрібно дотримуватись кількох вимог та обов'язкових умов:

• Підтримка оптимальної температури. Режим повинен бути комфортним для біомаси.
• Потрібний рівень вологості. Мінімальний – 60%. Але чим вологість більше, тим краще.
• Поживне середовище із вмістом речовин, що підтримують життєдіяльність. Це залізо, азот, сірка, марганець, фосфор, кобальт, елементи органіки.
• Відсутність сполук, що агресивно впливають на активний мул і викликають його руйнування. Такі домішки слід попередньо видалити.
• Достатня кількість кисню. Якщо вона не надходить природним шляхом, потрібна примусова доставка – аерація за допомогою компресора або спеціалізованого насосного обладнання.
• Оптимальний час контактів води, що очищається, з активним мулом.
• Допустиме навантаження, що лягає на біомасу. Якщо вона буде вищою за норми, то мікроорганізми перестануть справлятися із забрудненнями.

Ефективність очищення може змінюватися в залежності від таких факторів, як природа забруднення, товщина активної фільтруючої плівки та завантаження, потреба мікроорганізмів у кисні та обсяг його надходження, інтенсивність дихання біомаси, температура середовища, вид та властивості бактерій або найпростіших.

Ефективна схема очищення із застосуванням біологічної технології

Практично завжди повноцінне та якісне очищення – це цілий комплекс методів.І такий комплексний підхід дозволяє досягати кількох ефектів: видалення органічних домішок, неорганічних сполук, твердих частинок типу піску та дрібних суспензій, знезараження, нейтралізації неприємних запахів, освітлення, знесолення. Схема зазвичай включає такі рівні:

1. Попередня обробка. На цій стадії проводиться видалення механічних забруднень, наприклад піску, фрагментів старих труб (заліза та інших металів, частинок іржі). Для цього застосовують пісколовки, грати з дрібними осередками, фільтри грубого очищення.
2. Біологічна підготовка Вона може включати кілька етапів: анаеробний, аноксидний, аеробний, відстоювання в проміжній ємності, глибоку біоочищення, поділ фаз водно-мулової суміші, видалення води з мулового шламу, висушування осаду, що утворився при високих температурах. Виникають гази переміщаються в газоуловлювачі. Відпрацьований осад концентрується та гомогенізується. Він може застосовуватися як паливо, екологічно чистий будматеріал або добриво.
3. Доочищення. Вона необхідна при питній водопідготовці та спрямована на доведення води до санітарно-гігієнічних та інших норм. Можуть використовуватись різні технології: зворотний осмос, сорбційні фільтри тонкого очищення, ультрафільтрація, іонний обмін, ультрафіолетові лампи.

У яких випадках використовується біологічне очищення води

Висока ефективність біологічної очистки води демонструється на різних об'єктах: промислових, виробничих, переробних, житлових, житлово-комунальних та інших. Обробка за такою технологією застосовується у таких випадках:

• підготовка чистої питної води, яка також використовується для побутових потреб: приготування їжі, миття посуду та різних поверхонь;
• обробка технічної води, що використовується на виробництвах, в галузі теплоенергетики як робоча рідина або допоміжна сировина;
• біологічне очищення стічних вод, до яких відносяться природні (атмосферні опади, вміст водойм), а також штучні, наприклад, скидання стоків різних компаній та промислових підприємств, велика кількість відходів, що виникають в результаті побутової, господарської діяльності людини (включаючи вміст каналізацій).

Біофільтри застосовують на різних об'єктах: на територіях приватних будинків та житлових масивів, не підключених до міських каналізаційних систем, на фермах та сільськогосподарських великих підприємствах, у житлово-комунальному господарстві, у переробній промисловості, а також на різних виробництвах, наприклад, текстильних, харчових, шкіряних.

Плюси, мінуси

Біологічні методи очищення мають свої переваги та недоліки. Спочатку розглянемо всі переваги:

• Проста технологія, що найчастіше працює автономно. Нові сучасні станції, які пропонують виробники останніми роками, автоматизовані, оснащені датчиками для відстеження функціонування.
• Можливість утворення додаткових ресурсів, таких як паливна газоподібна речовина метан.
• Безпека. Біологічний спосіб очищення води не шкодить навколишньому середовищу та людям. Усі речовини мають природне походження. Очищена вода при грамотному підході не містить токсичних та шкідливих компонентів.
• Чудові результати. Якість води на виході значно покращується.
• Невисока ціна, яка порівняно з вартістю інших методів набагато нижча. Експлуатаційні та технологічні витрати невеликі, як і витрати на купівлю та монтаж біофільтрів. Біомаса залишається активною приблизно протягом п'яти років.
• Щодо компактні габарити. Для простого біофільтра достатньо невеликої ділянки землі.
• Опади і побічні продукти, що утворюються, не вимагають спеціальної утилізації.
• Відсутність потреби постійного складного обслуговування під час експлуатації.

Вивчимо і недоліки, якими мають біофільтри:

• Деякі біофільтри мають значні габарити. Будь-які установки підходять тільки для відкритих просторів, приміщення їх не встановлюють.
• Такий варіант не можна використовувати як головний, єдиний етап очищення. Це проміжний або завершальний ступінь.
• Необхідний постійний обсяг біомаси, що підтримується, тому активний мул потрібно періодично оцінювати, що може викликати проблеми.
• Не всі домішки підлягають переробці. У воді залишаються агресивні хімічні речовини, токсини.

Висновок

Біологічне очищення - сучасне, перспективне рішення, про яке ви докладно дізналися на нашому сайті. З ним можна добре впоратися з деякими забрудненнями, які є у воді. Цей спосіб підходить для очищення стоків та технічних водних розчинів. Також він упорядковує склад питної води. Щоб грамотно організувати систему біоочищення, краще отримати консультацію фахівців або замовити послуги з розробки схеми водопідготовки.