Название: Теоретические основы технологических процессов охраны окружающей среды - Бочкарев В.В. Жанр: Промышленность Рейтинг: Просмотров: 1641 |
Страница: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | |
7.4. Процессы биохимической очистки сточных водБиохимические методы применяют для очистки хозяйственно- бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных орга- нических и некоторых неорганических (сероводорода, сульфидов, ам- миака, нитритов) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе 250 жизнедеятельности, так как органические вещества для микроорганиз- мов являются источником углерода, азота. 7.4.1. Основные показатели биохимической очистки сточных вод Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы час- тично разрушают их, превращая в воду, диоксид углерода, нитрат- и сульфат-ионы и др. Другая часть вещества идет на образование биомас- сы. Разрушение органических веществ называют биохимическим окис- лением. Биохимические показатели. Сточные воды, направляемые на био- химическую очистку, характеризующуюся величиной БПК и ХПК. БПК - это биохимическая потребность в кислороде, т.е. количество кислоро- да, использованного при биохимических процессах окисления органи- ческих веществ (не включая процесса нитрификации) за определенный промежуток времени (2, 5, 8, 10, 20 суток), в мг О2 на 1 мг вещества. Например БПК5 – биохимическая потребность в кислороде за 5 сут, БПКполн – полная БПК до начала процесса нитрификации. ХПК – хими- ческая потребность в кислороде, т.е. количество кислорода, эквива- лентное количеству расходуемого окислителя, необходимого для окис- ления всех восстановителей, содержащихся в воде. ХПК также выра- жают в мг О2 на 1 мг вещества. Биохимической активностью микроорганизмов называют биохи- мическую деятельность, связанную с разрушением органических за- грязнений сточных вод. Возможность биохимического окисления (био- разлагаемость сточных вод) характеризуется через биохимический пока- затель, т.е. отношением БПКполн/ХПК. Его значение колеблется в ши- роких пределах для различных групп сточных вод: промышленные сточные воды имеют низкий биохимический показатель (0,050,3), бы- товые сточные воды – свыше 0,5. При отношении (БПК/ХПК)100% = 50% вещества поддаются биохимическому окислению. При этом необ- ходимо, чтобы сточные воды не содержали ядовитых веществ и приме- сей солей тяжелых металлов. Биохимический показатель необходим для расчета и эксплуатации промышленных сооружений для очистки сточ- ных вод. Для возможности подачи сточных вод на биохимическую очистку устанавливают максимальные концентрации токсичных веществ, кото- рые не влияют на процессы биохимического окисления (МКб) и на ра- боту очистных сооружений (МКб.о.с.). Для неорганических веществ, ко- торые практически не поддаются биохимическому окислению, также устанавливают максимальные концентрации, при превышении которых воду нельзя подвергать биохимической очистке. 251 7.4.2. Аэробный метод биохимической очистки Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки сточных вод. Аэробный метод основан на использовании аэробных групп организмов, для жизнедеятельности которых необходим постоян- ный приток кислорода и температура 2040°С. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле или биопленке. Ана- эробные методы очистки протекают без доступа кислорода; их исполь- зуют в основном для обезвреживания осадков. Активный ил состоит из живых организмов и твердого субстрата. Сообщество всех живых организмов (скопления бактерий, простейшие черви, плесневые грибы, дрожжи, актиномицеты, водоросли), населяю- щих ил, называют биоценозом. Активный ил представляет собой амфо- терную коллоидную систему, имеющую при рН = 49 отрицательный заряд. Сухое вещество активного ила содержит 7090 % органических и 3010 % неорганических веществ. Субстрат представляет собой твердую отмершую часть остатков водорослей и различных твердых ос- татков; к нему прикрепляются организмы активного ила. Субстрат со- ставляет до 40 % в активном иле. В активном иле находятся микроорганизмы различных групп. По экологическим группам микроорганизмы делятся на аэробов и анаэро- бов, термофилов и мезофилов, галофилов и галофобов. Качество ила определяется скоростью его осаждения и степенью очистки жидкости. Состояние ила характеризует «иловый индекс», ко- торый представляет собой отношение объема осаждаемой части актив- ного ила к массе высушенного осадка (в граммах) после отстаивания в течение 30 мин. Чем хуже оседает ил, тем более высокий «иловый ин- декс» он имеет. Биопленка растет на наполнителе биофильтра, она имеет вид сли- зистых обрастаний толщиной 13 мм и более. Биопленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей и других организмов. Число микроорганиз- мов в биопленке меньше, чем в активном иле. 7.4.3. Механизм биохимического распада органических веществ Прирост биомассы происходит в процессе очистки сточных вод. Он зависит от химической природы загрязнений, вида микроорганиз- мов, БПК и ХПК, от концентрации фосфора и азота в сточной воде, от ее температуры. Для того, чтобы происходил процесс биохимического окисления органических веществ, находящихся в сточных водах, они должны по- пасть внутрь клеток микроорганизмов. К поверхности клеток вещества 252 поступают за счет конвективной и молекулярной диффузии, а во внутрь клеток – диффузией через полупроницаемые цитоплазматические мем- браны. Но большая часть вещества попадает внутрь клеток при помощи специфического белка-переносчика. Образующийся растворимый ком- плекс «вещество-переносчик» диффундирует через мембрану в клетку, где он распадается, и белок-переносчик включается в новый цикл пере- носа вещества. Основную роль в процессе очистки сточных вод играют процессы превращения вещества, протекающие внутри клеток микроорганизмов. Эти процессы заканчиваются окислением вещества с выделением энер- гии и синтезом новых веществ с затратой энергии. 7.4.4. Кинетика биохимического окисления Скорость биохимических реакций определяется активностью фер- ментов, которая зависит от температуры, рН и присутствия в сточной воде различных веществ. Ферменты, представляющие собой сложные белковые соединения, выполняют роль ускоряющих катализаторов. С повышением температу- ры скорость ферментативных процессов повышается, но до определен- ного предела. Для каждого фермента имеется оптимальная температура, выше которой скорость реакции падает. К числу веществ-активаторов, повышающих активность ферментов, относятся многие витамины и ка- тионы Са2+, Mg2+, Mn2+. В то же время соли тяжелых металлов, синиль- ная кислота, антибиотики являются ингибиторами, т.е. снижают актив- ность ферментов. Микроорганизмы способны окислять многие органические вещест- ва, но для этого требуется разное время адаптации. Легко окисляются бензойная кислота, этиловый и амиловый спирты, гликоли, хлоргидри- ды, ацетон, глицерин, анилин, сложные эфиры. Вещества, находящиеся в сточных водах в коллоидном или мелко- дисперсном состоянии, окисляются с меньшей скоростью, чем вещест- ва, растворенные в воде. Уравнение кинетики ферментативных реакций предложено Миха- элисом и Ментеном. Оно определяет скорость протекания реакций внутри клеток микроорганизмов; v = vmax S kM S , (7.72) где v = dP/d – скорость образования продукта Р из вещества S; vmax – максимальное значение скорости; kM моль/л. – константа Михаэлиса-Ментена,
253 Константа kM характеризует зависимость скорости ферментатив- ной реакции от концентрации субстрата в стационарном состоянии про- цесса. Для окисления органических веществ микроорганизмами необхо- дим кислород, но они могут его использовать только в растворенном в воде виде. Для насыщения сточной воды кислородом проводят процесс аэрации, разбивая воздушный поток на пузырьки, равномерно распре- деляя их в сточной воде. Из пузырьков воздуха кислород абсорбируется водой, а затем переносится к микроорганизмам. Количество абсорбируемого кислорода может быть вычислено по уравнению массоотдачи: M =VV(Ср – С), (7.73) где М – количество абсорбированного кислорода, кг/с; V – объемный коэффициент массоотдачи, с-1; V – объем сточной воды в сооружении, м3; Ср, С – равновесная концентрация и концентрация кислорода в массе жидкости, кг/м3. Количество абсорбируемого кислорода может быть увеличено за счет роста коэффициента массоотдачи или движущей силы. На скорость биохимического окисления влияет турбулизация сточ- ных вод в очистных сооружениях, что способствует распаду хлопьев ак- тивного ила на более мелкие и увеличивает скорость поступления пита- тельных веществ и кислорода к микроорганизмам. Турбулизация потока достигается интенсивным перемешиванием, при котором активный ил находится во взвешенном состоянии, что обеспечивает равномерное распределение его в сточной воде. Доза активного ила зависит от «илового индекса». Чем меньше «иловый индекс», тем большую дозу активного ила необходимо пода- вать на очистные сооружения. Для очистки следует применять свежий активный ил, который хорошо оседает и более устойчив к колебаниям температуры и рН среды. Наиболее оптимальная температура биохимической очистки сточ- ных вод поддерживается в пределах 2030°С. Превышение температу- ры может привести к гибели микроорганизмов. При более низких тем- пературах снижается скорость очистки, замедляется процесс адаптации микробов к новым видам загрязнений, ухудшаются процессы флокуля- ции и осаждения активного ила. 7.4.5. Анаэробные методы биохимической очистки Анаэробные методы обезвреживания используют для сбраживания осадков, образующихся при биохимической очистке производственных 254 сточных вод, а также как первую ступень очистки очень концентриро- ванных промышленных сточных вод (БПКполн ~ 45 г/л), содержащих органические вещества, которые разрушаются анаэробными бактериями в процессах брожения. В зависимости от конечного вида продукта раз- личают виды брожения: спиртовое, пропионовокислое, молочнокислое, метановое и др. Конечными продуктами брожения являются: спирты, кислоты, ацетон, газы брожения (СО2, Н2, СН4). Для очистки сточных вод используют метановое брожение, про- цесс сложный и многостадийный. Процесс метанового брожения состо- ит из двух фаз: кислой и щелочной (или метановой). В кислой фазе из сложных органических веществ образуются низшие жирные кислоты, спирты, аминокислоты, аммиак, глицерин, ацетон, сероводород, диок- сид углерода и водород. Эти промежуточные продукты в щелочной фазе образуют метан и диоксид углерода. Основная реакция метанообразования СО2 + 4Н2А СН4 + 4А + 2Н2О, где Н2А - органическое вещество, содержащее Н2. Метан может образовываться в результате распада уксусной кислоты СН3СООН СН4 + СО2, СО2 + 4Н2 СН4 + 2Н2О. При денитрификации в анаэробных условиях: – 6Н2А + 2NO3 6A + 6H2O + N2. При определенных условиях конечным продуктом может быть и аммиак. Основными параметрами анаэробного сбраживания является температура, доза загрузки осадка и степень его перемешивания. Про- цессы сбраживания ведут в мезофильных (3035°С) и термофильных (5055°С) условиях. Полного сбраживания органических веществ в метантенках достичь нельзя. В среднем степень распада органических веществ составляет около 40 %. 7.4.6. Обработка осадков сточных вод В процессах биохимической очистки в первичных и вторичных от- стойниках образуются большие массы осадков, которые необходимо утилизировать или обрабатывать с целью уменьшения загрязнения био- сферы. Осадки, имеют разный состав и большую влажность. Их подраз- деляют на 3 группы: 1) осадки в основном минерального состава; 2) осадки в основном органического состава; 3) смешанные осадки, содержащие как минеральные, так и органи- ческие вещества. 255 Осадки характеризуются содержанием сухого вещества; содержа- нием беззольного вещества; элементным составом; кажущейся вязко- стью и текучестью; гранулометрическим составом. Осадки сточных вод представляют собой труднофильтруемые сус- пензии. Во вторичных отстойниках в осадке находится в основном из- быточный активный ил, объем которого в 1,52 раза больше, чем объ- ем осадка из первичного отстойника. Удельное сопротивление осадка является одним из определяющих показателей для выбора метода обра- ботки осадков. В осадках содержится свободная (6065 %) и связанная (3035%) вода. Свободная вода сравнительно легко может быть удале- на из осадка, связанная вода (коллоидно-связанная и гигроскопическая) гораздо труднее. Коллоидно-связанная влага обволакивает твердые час- тицы гидратной оболочкой и препятствует их соединению в крупные агрегаты. Коагулянты положительно заряженными ионами нейтрализуют от- рицательный заряд частиц осадка. После этого отдельные твердые час- тицы освобождаются от гидратной оболочки и соединяются вместе в хлопья. Освобожденная вода легче фильтруется. Разрушить гидратную оболочку можно также кратковременной термической обработкой. Об- работка осадка активного ила включает: 1) уплотнение осадка гравитационным, флотационным, центро- бежным и вибрационным методами; 2) стабилизацию осадков в аэробных и анаэробных условиях; 3) кондиционирование осадков реагентными и безреагентными способами; 4) тепловую обработку; 5) жидкофазное окисление органической части осадка кислородом воздуха; 6) обезвоживание осадков на иловых площадках и механическим способом; 7) сушку осадков; 8) сжигание осадков. |
Страница: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | |
Добавление комментария:
Навигация
- Археология
- Архитектура
- Бизнес
- Биология
- Бухгалтерский учёт
- География
- Документоведение
- Издательская деятельность
- Информатика
- История
- Культура речи
- Культурология
- Литература
- Маркетинг
- Математика
- Медицина
- Международные отношения
- Менеджмент
- Наука
- Недвижимость
- Образование
- Охрана труда
- Политология
- Правоведение
- Промышленность
- Психология
- Реклама
- Религиоведение
- Русский язык
- Социология
- Спорт
- Страхование
- Технологии
- Управление качеством
- Физика
- Филология
- Философия
- Финансы
- Фотография
- Химия
- Экология
- Экономика
- Эстетика
- Языкознание
Лучшие книги
Глобализация: политические аспекты - Сирота Н. М.
Коммуникационный менеджмент - Рева В.Е.
Свобода личности в массовой коммуникации - Корконосенко С. Г.
Теория и практика связей с общественностью - Э.В. Бикбаева
Гендерный подход в менеджменте - Егорова Л. С.
Религиозные конфликты: проблемы и пути их решения в начале XXI века - Зеленков М.Ю.
Словарь по политологии - В.Н. Коновалов
Современные международные отношения - Протасова О.Л.
Самые читаемые
Ландшафтоведение - Н.П. Соболева
Лексикология современного русского языка - О. Л. Рублева
Введение в социокультурный менеджмент - Чижиков В.М.
Документоведение - Ларьков Н. С.
Территориальное планирование - Е.А. Позаченюк
Лекции по теоретической грамматике английского языка - Тивьяева И. В.
Коммуникационный менеджмент - Рева В.Е.
Краткий курс по ремонту автомобильной техники - Писковой И.Е.