Применение биопрепаратов для оптимизации очистки и обеспечения экологической безопасности систем кондиционирования загрязненных вод и осадков
Экологический кризис, выраженный в исчерпании ресурсов планеты, превышения порога естественной ремидиации, обостряет проблему необходимости обеспечения условий выживания человечества, как биологического вида, в условиях среды, изменяющихся под воздействием его же деятельности.
Большая часть (70,8%) поверхности земли покрыта водой: океанами и морями, реками и озерами. Морские воды составляют 96,5% общего объёма, а на долю пресных вод приходится лишь около 3,5%, менее одного процента пресных вод находится в жидком состоянии. Практически вся вода на Земле имеет следы негативного антропогенного воздействия, интенсивность которого необходимо планомерно снижать.
Общие правила заключаются в том, чтоб предотвратить загрязнения. Для этого в промышленности применяются системы очистки сточных вод и переход на новые, более «чистые», технологии производства.
Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняют проблемы очистки сточных вод. На очистные сооружения поступают сточные воды, не однородные по характеру загрязнений, обусловленные технологическими процессами предприятий приводящих к залповым сбросам стоков разных составов. При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества. Следующий этап - сооружения аэробной биологической очистки - аэротенки. Здесь очищающее начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, омолаживают бактериальную массу ила.
Но:
- в процессе очистки традиционными способами образуется большое количество избыточного активного ила, который необходимо удалять из аэротенков и утилизировать дорогостоящими способами (сбраживание осадков, сжигание или путем захоронения).
- активный ил очень чувствителен к изменению состава сточных вод, медленно наращивает биомассу бактерий, способных переработать новый тип загрязнений.
-кроме того, способ обработки активным илом чувствителен к температуре и плохо действует при низких температурах или в течение периодов быстрого изменения температур.
В результате на выходе из ОС сточные воды не соответствуют нормативам. На практике такие кратковременные, но далеко не безвредные залповые сбросы проходят ОС неочищенными, ухудшая качество активного ила.
Предлагаемая технология интенсификации процессов биологической очистки сточных вод в биореакторах с иммобилизированными микроорганизмами позволяет оперативно, в зависимости от изменения состава сточных вод, создать устойчивый биоценоз микроорганизмов искусственной селекции, способных разложить новый тип загрязнений, и поддерживать его на высокопористой инертной загрузке.
Путем искусственной селекции получены одиннадцать типов биопрепаратов (бактериальных композиций):
ВТ - для коммунальных стоков;
ЖТ – для разложения растительных и животных жиров;
ДЕ – для стоков молочных комбинатов;
ЕТ – для стоков плодоовощных и винодельческих производств;
СТ – для компостирования твердой органики;
НПТ – для разложения нефтепродуктов;
РТ – для разложения ила и борьбы с зелеными водорослями;
АТ – для очистки воды в рыбохозяйственных водоемах;
ЛТ – для разложения избыточного ила ОС;
ОТ – для устранения зловония;
СВТ –для ОС в холодное время года.
На очистных сооружениях имеются лаборатории, которые регулярно проводят измерения параметров сточных вод в системе. При резких ухудшениях качества поступающих стоков, внесение биопрепаратов соответствующей марки в систему позволит улучшить качество биологической очистки от органических загрязнителей и предотвратит аварийные ситуации. Внесение биопрепарата позволяет снизить показатель БПК на 60-80%.
В ОС традиционной конструкции происходит быстрое вымывание бактерий и снижение их числа на единицу объема, для сохранения нужного биоценоза и поддержания высокой концентрации биомассы живых микроорганизмов предлагается модернизация ОС по приведенной ниже схеме на рис.1. Часть вторичных отстойников отделяется перегородкой и наполняется круглой фракцией керамзита с удельной плотностью 1,1 для облегчения процесса промывки, в нижней части располагают трубопроводы для подачи воздуха и воды для промывки. Такая конструкция представляет собой биопленочный реактор с иммобилизированной микрофлорой – БРИМ. Микроорганизмы необходимой селекции заселяются на шероховатой поверхности и в порах несущего материала. На загрузке быстро и устойчиво растет биоплёнка, которая сразу начинает разрушать загрязнители:
- при подаче кислорода в отсек нитрификации (аэробный процесс);
- во втором реакторе денитрификации с добавлением метила (анаэробный процесс).
Бактерии для уменьшения азота находятся в биологической слизи на обширной поверхности глиняных частиц, где они питаются углеродом. А так как сточные воды уже значительным образом очищены и имеют низкую концентрацию углерода, это восстанавливается за счет обогащение сточных вод метилом, схема приведена на рис.2. При такой реконструкции, оперативно вносимые микроорганизмы нужной селекции, попадая в аэротенк модернизируют активный ил, помогая ему «пережить» залповый сброс, в дальнейшем оседают на загрузке БРИМа, быстро формируют бактериальную биопленку, активно размножаются. Избыток бактериальной массы удаляется при периодической промывке БРИМа и направляется в аэротенк для увеличения концентрации активной биомассы. Как показывает опыт, после такой реконструкции, масса активного ила в аэротенке уменьшается, его качество и «здоровье» улучшается, количество избыточного ила уменьшается на порядок, уменьшается потребление воздуха. Для возможности оперативно реагировать на изменения качества стоков и степень их загрязнения, зная специфику местных промышленных предприятий, на складе ОС достаточно иметь, как правило, два – четыре типа биопрепарата (срок годности – один год), их стоимость не превышает стоимости сэкономленной электроэнергии. Оперативное внесение биопрепарата в аварийной ситуации способно предотвратить гибель активного ила, выхода из строя технологического оборудования и, как следствие, остановку системы очистки.
Проведенные исследования и положительный опыт практического внедрения на многих объектах в Украине позволяют сделать вывод о необходимости широкого использования предложенных систем для интенсификации биологической очистки сточных вод и минимизации капитальных вложений в их реконструкцию.
|
|
|
Рис.1 Схема реконструкции вторичных отстойников.
|
| ||
Рис.2 Рекомендуемая схема БРИМ
Предложенная схема обладает следующими преимуществами по сравнению с обычной очисткой коммунальных сточных вод:
1. Очень низкая концентрация твердой взвеси в сточных водах.
При обычных условиях концентрация взвешенных в традиционных ОС составляет от ста до пятисот мг/л. Это ведет к образованию большого объема осадка. При нормальных условиях работы средняя концентрация взвешенных на ОС с БРИМ составляет менее 18 мг/л. Такая низкая концентрация взвешенных способствует осаждению чрезвычайно малого количества твердого вещества в осадительной камере. Это является чрезвычайно важным аспектом, поскольку удаление и утилизация осадка является затратной операцией, как с финансовой точки зрения, так и с точки зрения охраны окружающей среды.
2. Короткий период инкубации биопленки.
В традиционных ОС необходимо сначала инициировать рост биомассы и наблюдать за ним в течение приблизительно трех недель. Этот временный сдвиг имеет место каждый раз, когда ОС останавливают для перезапуска после ремонта или обслуживания, или с целью оздоровления ила после залповых сбросов. В предлагаемой схеме рост биопленки наблюдается с первых минут после внесения биопрепарата и активно продолжается в дальнейшем, а по истечении примерно 36 часов количество биомассы в БРИМ становится избыточным и с промывочными водами подается в аэротенк.
3. Устраняется вероятность засорения системы.
Дополнительным преимуществом предлагаемой схемы является то, что течение жидкости в сочетании с уменьшением размеров частиц позволяет контролировать рост биопленки, сохраняя ее толщину на уровне, не допускающем засорения. Биопленка растет более плотно, обеспечивая, таким образом, повышение активности на данной площади поверхности без засорения. Поэтому эксплуатация ОС продолжается на регулярной основе, практически не требуя очистки, что способствует повышению ее суммарной производительности и экономической эффективности наряду с возможностью отказаться от излишних или слишком крупных мощностей, необходимых для применения во время простоя очистной установки.
4. Устойчивость к ударным нагрузкам.
Во время поступления на очистку сточных вод с новым видом загрязнений или высокой концентрации органических веществ имеют место ударные нагрузки. В такие моменты система подвергается нагрузке из-за слишком высокой скорости прохождения материала или высокой концентрации органических веществ. После внесения соответствующего биопрепарата, в БРИМ создается высокая концентрация биомассы и ее активность в аэротенке, качество очищенных вод остается высоким при высокой органической и объемной нагрузки. Кроме того, сокращается время восстановления после такой ударной нагрузки. Это, в свою очередь, обеспечивает устойчиво высокое качество прошедших очистку сточных вод без периодов, когда с установки поступают сточные воды неприемлемого качества.
5. Высокая концентрация растворенного кислорода (РК),
Если значение РК недостаточно велико, на ОС следует вводить кислород в выпускаемую воду с помощью отдельного процесса. Предлагаемая схема снимает необходимость в таком процессе вторичной аэрации с целью повышения концентрации РК в выпускаемой воде. Таким образом, позволяет обойтись без дорогостоящей повторной аэрации перед выпуском.
6. Устойчивое качество очищенных сточных вод.
Биопленка, находящаяся на загрузке, обладает хорошей структурой, и толщина ее не возрастает настолько, чтобы закупорить БРИМ. Эта толщина контролируется сочетанием течения жидкости сквозь несущую структуру биопленки и малых размеров частиц органического вещества, а также аэрацией, адекватной росту биопленки. Однако, как только проходимость БРИМ снижается до критического уровня, процесс промывки механически измельчает и удаляет избыток биомассы в аэротенк. Этот материал, выполнив очищающую функцию, будет затем сброжен новым поколением биопленки. Таким образом, частицы старой биомассы не оказывают отрицательного воздействия на качество очищенных стоков, как это имеет место при менее эффективных процессах.
7. Устранение осадка.
В обычных системах очистки активным илом требуется периодическое удаление из разнообразных очистных резервуаров больших объемов осадка и использование отдельных крупных, дорогостоящих септиков. Кроме того, необходимо постоянное наблюдение за концентрацией взвешенных частиц и регулирование процесса. При отсутствии такого наблюдения качество очищенных стоков может оказаться не отвечающим предъявляемым требованиям. В результате в ходе процесса образуется большой объем осадков. Этот большой объем осадков необходимо в свою очередь переработать в резервуарах сбраживания осадка или резервуарах выдерживания осадка.
Предлагаемая схема не требует ежедневного удаления осадка. Биомасса закреплена на поверхности несущей среды.
Таким образом, снимаются потребность в территории, необходимой для сваливания осадков, а также затраты на дорогостоящие септики.
8. Краткость времени нахождения в установке.
Благодаря структуре биопленки, увеличению концентрации растворенного кислорода и высокой активности биопленки значительно сокращается количество времени, необходимое для выдерживания стоков, что ведет к увеличению производительности ОС. Длительность очистки или время, в течение которого поступающие сточные воды выдерживаются в БРИМ, значительно сокращается. Сокращение времени нахождения переходит в увеличение пропускной способности любой ОС.
Этот фактор непосредственно связан с рассмотренной ранее, способностью выдерживать ударные нагрузки. Краткое время нахождения означает, что процесс действует чрезвычайно эффективно. Это, в свою очередь, указывает на наличие достаточной эффективной пропускной способности, позволяющей осуществлять очистку при возрастании количества органических веществ в течение периодов перегрузки. Таким образом, хорошее качество прошедших очистку стоков в БРИМ допускает эффективную очистку поступающих для очистки стоков в периоды перегрузки.
10. Нечувствительность процесса к температуре.
Предлагаемая схема не столь чувствительна к температуре, как обычные процессы с применением активного ила. В течение периодов холодной погоды при использовании обычных процессов с активным илом происходит накопление осадков в очистных резервуарах. Когда наступает теплая погода, как это внезапно может случиться весной, осадок, накопившийся в очистных резервуарах за период холодной погоды, внезапно становится более активным. Это явление, известное как "весенний оборот", ведет к внезапному повышению взвешенных в, прошедших очистку, стоках, что связано с неспособностью процесса справиться с возрастанием биохимической активности осадка. Из-за явления "весеннего оборота" качество очищенных сточных вод резко ухудшается.
Предлагаемая схема позволяет избежать этих проблем, связанных с колебаниями температур. Поскольку осадка почти не образуется, исчезает и явление "весеннего оборота".
11. Уменьшение размеров ОС.
Поскольку предлагаемая схема предусматривает более эффективную очистку сточных вод, возможно строительство установок очистки сточных вод меньших размеров при сохранении пропускной способности более крупных установок, применяющих обычную технологию.
13. Очистка питьевой воды.
Благодаря улучшению удаления загрязнений и органических твердых веществ, предлагаемая схема может быть использовано в качестве эффективной операции очистки коммунальной питьевой воды, что вне сомнения будет способствовать уменьшению или исключению других операций процесса. Процесс очень эффективен в отношении удаления загрязнений и упрощения последующих операций очистки для получения годной для питья воды.
14. Уменьшение потребления энергии.
Применение предлагаемой схемы способствует более эффективному использованию энергии. Очистные установки с БРИМ, требуют для эффективной очистки более короткого времени нахождения в резервуаре и позволяют обойтись без третьей ступени очистки или с незначительным ее использованием. Вследствие чего снижается потребность в суммарной энергии, необходимой для приведения в действие очистной установки в течение продолжительных периодов времени, а также требует меньше территории для ее размещения.
18. Нечувствительность к значению БПК.
Также как система нечувствительна к высоким нагрузкам, она нечувствительна к направленным в сторону повышения колебаниям БПК. Активность биопленки такова, что она может осуществлять очистку сточных вод с широким диапазоном БПК, при этом достигая удовлетворительных результатов по качеству очищенных стоков.
Основные порталы (построено редакторами)