Биологическая очистка хозяйственно-бытовых сточных вод малых населенных пунктов

Биологическая очистка хозяйственно-бытовых сточных вод малых населенных пунктов

3

Реферат

В данной работе спроектирована установка полной биологической очистки хозяйственно бытовых сточных вод населенного пункта с числом жителей 800-1000 человек. Заданная проектная производительность 200 м3/сут.

В работе представлены технологическая схема биологической очистки стоков и ее описание. Исходя из состава и расхода бытовых сточных вод, с учетом необходимой степени очистки выполнен расчет основных технологических параметров, рассчитан основной аппарат - аэротенк-вытеснитель, система аэрации и подобрано соответствующее вспомогательное оборудование.

Комплекс очистных сооружений состоит из насосной станции перекачки, приемной емкости-усреднителя и станции биологической очистки, в которую входит аэротенк-вытеснитель, вторичный отстойник, блок физико-химической доочистки (фильтры), ультрафиолетовое обеззараживание очищенной воды, минерализатор осадка.

Основными преимуществами данной установки являются: глубокая очистка до нормативов предельно допустимых концентраций рыбо-хозяйственных водоемов за счет чередования аэробных и аноксических процессов. Согласно литературным данным такой метод является весьма перспективным при удалении биогенных элементов из сточных вод.

В технико-экономическом разделе произведен расчет производственной мощности, инвестиционных и эксплуатационных затрат, рассчитана величина предотвращенного экологического ущерба.

Содержание

• 1. Литературный обзор
• 1.1 Краткая характеристика сточных вод
• 1.2 Процессы биологической очистки
• 1.2.1 Комплекс биотических и абиотических факторов
• 1.2.2 Процесс полной трёхстадийной биологической очистки
• 1.2.3 Видовое разнообразие организмов активного ила
• 1.2.4 Режим работы активного ила
• 1.2.5 Формирование различных типов биоценоза
• 1.3 Глубокая очистка сточных вод от биогенных элементов
• 1.3.1 Удаление соединений азота
• 1.3.2 Очистка от соединений фосфора
• 1.3.3 Биологическая денитрификация
• 1.4 Критерии выбора локальных установок очистки сточных вод
• 2. Описание технологического процесса
• 2.1 Сущность технологического процесса
• 2.2 Стадии процесса биологической очистки
• 3. Технологическая схема биологической очистки сточных вод
• 3.1.1 Блок механической очистки
• 3.1.2 Блок биологической очистки
• 3.1.3 Блок доочистки сточных вод
• 3.1.4 Блок обеззараживания очищенных сточных вод
• 3.1.5 Блок обработки осадка
• 4. Расчет аэротенка
• 4.1 Расчет основного аппарата-аэротенка
• 4.2 Расчет аэрации
• 4.3 Расчет трубопроводов
• 4.4 Расчёт вспомогательного оборудования (насосы, газодувки)
• 5. Технико-экономическая часть
• 5.1 Расчет производственной мощности
• 5.2 Расчет инвестиционных затрат
• 5.3 Расчет годовых эксплуатационный затрат
• 5.4 Определение величины предотвращенного экологического ущерба
• 6. Безопасность жизнедеятельности
• 6.1 Анализ опасных и вредных факторов
• 6.2 Мероприятия по обеспечению безопасной работы очистных сооружений
• 6.3 Техника безопасности
• 6.4 Расчет производственного освещения
• 6.5 Вывод
• Заключение

1. Литературный обзор

1.1 Краткая характеристика сточных вод

Бытовые сточные воды - образуются путём естественных потребностей человека (использование санитарно-технических приборов). Бытовые сточные воды образуются в жилых, административных и коммунальных зданий (бани, прачечные, дома отдыха и т.д.)

Производственные сточные воды - образуются в процессе производства (технические растворы, технологические и промывные воды, воды от мытья оборудования, охлаждения и т.д.)

Атмосферные сточные воды (дождевые, ливневые) образуются в процессе выпадения дождя и таянья снега.

Основными характеристиками сточных вод являются - количество сточных вод (л/сек, м3/сут, м3/смену, и т.д.), концентрации загрязнений (мг/л, г/м3), неравномерность поступления сточных вод. Отметим, что все эти характеристики необходимы для проектирования систем водоотведения (водоотводящие сети, очистные сооружения).

Содержание органических загрязнений оценивается химической потребностью в кислороде (ХПК) и биологической потребностью в кислороде (БПК)

БПК измеряется количеством кислорода, которое расходуется микроорганизмами при аэробном биологическом разложении веществ, содержащихся в сточных водах, при стандартных условиях за определённый интервал времени.

Состав и загрязненность хозяйственно-бытовых стоков.

Бытовые сточные воды (БСВ) по своей природе загрязнения подразделяются на:

· органические (примеси растительного и животного происхождения - белки, жиры, углеводы и продукты их разложения) - 45-58%;

· минеральные (кварцевый песок, глина, щелочи, минеральные масла, минеральные кислоты и их соли - фосфаты, гидрокарбонаты, аммонийные соли и т.п.) - 42-55%;

· биологические и бактериальные (различные микроорганизмы - дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли и бактерии, в т.ч. болезнетворные).

Все примеси БСВ, независимо от их происхождения, делятся на 4 группы в соответствии с размером частиц:

1. нерастворимые в воде грубодисперсные примеси, как органические, так и неорганические (микроорганизмы - простейшие, водоросли, грибы; бактерии и яйца гельминтов). При определенных условиях могут выпадать в осадок или всплывать на поверхность воды. Большая часть может быть выделена из воды посредством гравитационного осаждения;

2. вещества коллоидной степени дисперсности с размером частиц менее 10-6 см (гидрофильные и гидрофобные коллоидные примеси, высокомолекулярные соединения). Малый размер частиц затрудняет их осаждение под действием силы тяжести. В зависимости от физических условий примеси могут изменять свое агрегатное состояние и выпадать в осадок;

3. примеси молекулярной степени дисперсности с размером частиц менее 10-7 см, образующие при взаимодействии с водой растворы. Для очистки бытовых сточных вод от этих примесей необходимо применять биологические и физико-химические методы;

4. примеси ионной степени дисперсности с размером частиц менее 10-8 см - растворы кислот, солей и оснований. Некоторые из них (аммонийные соли и фосфаты) удаляются из бытовых сточных вод в процессе биологической очистки, однако она не позволяет изменить солесодержание воды (для снижения их концентрации используются физико-химические методы очистки).

Согласно правилам и нормам параметры очищенных сточных вод, отводимых на рельеф или сбрасываемых в водоем, должны соответствовать величинам, приведенным в таблице 1.Параметры очищенных бытовых сточных вод приводятся в таблице 2.

Таблица 1

Норма загрязнений

Показатель	Норма загрязнений, г/ (чел*сут)
БПКполн	75
БПК5	60
Взвешенные вещества	65
Азот аммонийных солей N	8
Нитриты	Не нормируется
Нитраты	Не нормируется
Фосфаты P2O5	3,3
ПАВ	2,5

Таблица 2

Параметры очищенных (норматив) бытовых сточных вод (БСВ)

Параметры	Очищенные БСВ	Степень очистки, %
	водоем культурно-бытового использования	водоем рыбо-хозяй-ственного значения
БПКполн БПК5 Взвешенные вещества Азот аммонийный Нитриты Нитраты Фосфаты ПАВ Яйца гельминтов и вирусы	6 8 10 2 3,3 45 3,5 0,5 Не допускаются	3 4 прирост менее 0,25 0,4 0,02 9 0,5 0,1 Не допускаются	98/99 97/99 97/… 75/95 79/97 96/99

Для предохранения гидроресурсов от качественного истощения и предотвращения загрязнения поверхностных вод важная роль отводится очистным сооружениям.

Освобождение сточных вод от загрязнения - сложное производство. В нем, как и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода).

Для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод используются различные методы:

Ш механические,

Ш биологические (или биохимические),

Ш химические и физико-химические,

Ш электрохимические,

Ш глубокая очистка (доочистка после полной биологической очистки),

Ш термического обезвреживания,

Ш обеззараживания и обработка осадка.

Повышенный интерес к малым системам биологической очистки связан, прежде всего, с тем, что в соответствии с современными требованиями бытовые сточные воды не могут быть сброшены в водоем или на рельеф без предварительной очистки.

Количество разрешенных к сбросу загрязняющих веществ (т/год) рассчитывается ежегодно, исходя из допустимой концентрации загрязняющего вещества (мг/дм3) и планируемого объема сброса сточной воды (тыс. м3/год) с учетом производственной программы.

Утвержденные свойства сточной воды:

1) плавающие примеси (вещества) - отсутствие;

2) окраска - отсутствие в слое 0,2 м;

3) запахи, привкусы - отсутствие;

4) температура - не более 25 °С;

5) реакция рН - 6,5 - 8,5;

6) общие колиформные бактерии - не более 500 КОЕ /100 см3;

7) растворенный кислород - зимой подо льдом должно быть не менее 4 мг/дм3, летом - не менее 6 мг/дм3.

Утвержденный биологический состав сточной воды:

1. Возбудители заболеваний - вода не должна содержать возбудителей заболеваний, в том числе жизнеспособные яйца гельминтов (аскарид, власоглав, токсокар, фасциол), онкосферы теннид и жизнеспособные цисты патогенных кишечных простейших.

2. Токсичность воды. Сточная вода на выпуске в водный объект не должна оказывать острого токсичного действия на тест-объекты. Вода водного объекта не должна оказывать хронического токсичного действия на тест-объекты.

1.2 Процессы биологической очистки

Сооружениям биологической очистки отводится главенствующая роль в общем комплексе сооружений канализационной очистной станции. В результате процессов биологической очистки сточная вода может быть очищена от многих органических и некоторых неорганических примесей. Процесс очистки осуществляет сложное сообщество микроорганизмов - бактерий, простейших, ряда высших организмов - в условиях аэробиоза, т.е. наличия в очищаемой воде растворённого кислорода. Загрязнения сточных вод являются для многих микроорганизмов источником питания, при использовании которого они получают всё необходимое для их жизни - энергию и материал для конструктивного обмена (восстановления распадающихся веществ клетки, прироста биомассы). Изымая из воды питательные вещества (загрязнения), микроорганизмы очищают от них сточную воду, но одновременно они вносят в неё новые вещества - продукты обмена, выделяемые во внешнюю среду.

1.2.1 Комплекс биотических и абиотических факторов

Основными абиотическими факторами, воздействующими на биоценоз ила, являются: температура, состав очищаемых сточных вод и наличие в них токсичных веществ, влияющих на жизнедеятельность микроорганизмов; фактические концентрации и разнообразие растворённых питательных веществ, используемых микроорганизмами для роста; содержание растворённого кислорода в иловой смеси (табл.3).

Таблица 3

Экологические факторы, определяющие развитие активного ила

Абиотические факторы		Биотические факторы
Нагрузки на активный ил по БПК		Автохтонная микрофлора и фауна
Хим. состав сточных вод		Аллохтонная микрофлора и фауна
Токсиканты		Взаимоотношения хищник жертва
Сбалансированность питательных веществ		Скорость репродукции
Тип сооружения, определяющий размер биотопа
Кислород
Перемешивание иловой смеси
Температура, рН

1.2.2 Процесс полной трёхстадийной биологической очистки

Процесс полной биологической очистки протекает в три стадии. На первой стадии, сразу же после смешения сточных вод с активным илом, на его поверхности происходят адсорбция загрязняющих веществ и их коагуляция (укрупнение частиц несущих органические вещества), причём адсорбция обеспечивается как хемосорбцией, так и биосорбцией с помощью полисахаридного геля активного ила и благодаря огромной поверхности ила, один грамм которого занимает 100 м2. Таким образом, на первой стадии очистки загрязняющие вещества в сточных водах удаляются благодаря механическому изъятию их активным илом из воды и началу процесса биоокисления наиболее легкоразлагающейся органики. Высокое содержание поступающих загрязняющих веществ способствует на первой стадии высокой кислородопоглащаемости, что приводит к практически полному потребления кислорода в зонах поступления сточных вод в аэротенках. На первой стадии за 0.5-2.0 часа содержание органических загрязняющих веществ, характеризуемых показателем БПК5, снижается на 50-60%.

На второй стадии полной биологической очистки продолжается биосорбция загрязняющих веществ и идёт их активное окисление экзоферментами (ферментами, выделяемыми активным илом в окружающую среду). Благодаря снизившейся концентрации загрязняющих веществ, начинает восстанавливаться активность ила, которая была подавлена к концу первой стадии очистки. Скорость потребления кислорода на этой стадии меньше, чем в начале процесса, и в воде накапливается растворённый кислород. В случае благополучия второй стадии экзоферментами окисляется до 75% органических загрязняющих веществ, характеризуемых показателем БПК5. Продолжительность этой стадии различна в зависимости от состава очищаемых сточных вод и составляет от 2.0 до 4.0 часов.

На третьей стадии очистки происходит окисление загрязняющих веществ эндоферментами (внутри клетки), доокисление сложноокисляемых соединений, превращение азота аммонийных солей в нитриты и нитраты, регенерация активного ила. Именно на этой стадии (стадии внутриклеточного питания активного ила) происходит образование полисахаридного геля, выделяемого бактериальными клетками. Скорость потребления кислорода вновь возрастает. Общая продолжительность процесса в аэротенках составляет 6-8 часов для бытовых и может увеличиваться до 10-20 и более часов при совместной очистке бытовых и производственных сточных вод. Продолжительность третьей стадии, таким образом, составляет от 4-6 часов при очистке бытовых сточных вод и может удлиняться до 15 часов.

Благополучие фазы эндогенного питания определяется величиной нагрузки, возрастом активного ила и временем пребывания его в аэротенках. Увеличение возраста активного ила, времени его пребывания в системе очистки, падение удельной нагрузки на него продлевает фазу эндогенного питания и создаёт благоприятный режим для её протекания, что способствует активному гелеобразованию, укрупнению хлопьев активного ила, улучшению его флокулирующих свойств. Внезапное увеличение нагрузки, сокращение возраста, токсические вещества, присутствующие в поступающей на очистку воде, оказывают подавляющее воздействие на процесс ферментативного окисления в целом и на фазу эндогенного питания. Таким образом, флокуляция хлопьев, а, следовательно, эффективность очистки, зависит от характеристик поступающих сточных вод, условий введения технологического процесса очистки и от действия гидродинамических сил в аэротенке.

1.2.3 Видовое разнообразие организмов активного ила

Богатое видовое разнообразие (не менее 25 видов простейших) организмов активного ила свидетельствует о благополучии биологической системы аэротенка, Высокой эффективности очистки и устойчивости биоценоза к повреждающему воздействию токсичных сточных вод.

Как и других водных сообществах, характер реакции биоценоза активного ила на неблагоприятное воздействие, проявляется в снижении видового разнообразия. Чувствительные к неблагоприятному воздействию виды могут исчезнуть совсем или резко снизить численность, в то время как устойчивые становятся ещё обильнее. Если действие неблагоприятного фактора нарастает или долго сохраняется, затрагиваются все новые виды биоценоза и, в результате, при минимальном видовом разнообразии наблюдается максимальная численность наиболее устойчивых видов.

Усложнение биоценоза сопровождается последовательным включением в него всё более совершенных видов вплоть до хищников:

зооглеи нитчатые бактерии мелкие жгутиконосцы мелкие раковинные амёбы свободноплавающие брюхоресничные прикреплённые и сосущие инфузории коловратки черви водные клещи представители третьего трофического уровня (Приложение 1). Своеобразие биоценоза активного ила в наибольшей степени определяется нагрузкой по органическим загрязняющим веществам и эффективностью их разложения.

1.2.4 Режим работы активного ила

Суммарный эффект воздействия разнообразных факторов, основным из которых следует считать удельные нагрузки, формирует специфический для каждого очистного сооружения активный ил, который может быть подразделён на три основных типа:

А. Работающий на неполное окисление органических загрязнений.

Б. Полное окисление.

В. Полное окисление с последующей нитрификацией (применяется на Самарских очистных сооружениях).

Сооружения биологической очистки, работающие в режиме неполного окисления, как правило, имеют высокие удельные нагрузки (400-600 мг БПК на грамм активного ила). При этом формируется биоценоз с бедным видовым разнообразием (5-13 видов) простейших и численным преобладанием отдельных групп, таких как жгутиконосцы, раковинные амёбы, нитчатые бактерии, крупные свободноплавающие инфузории, "бентосные" раковинные амёбы, мелкие корненожки.

При сниженных нагрузках на ил до 250-300 мг/г, обеспечивается полное окисление растворённых органических веществ. Такие сооружения обычно очищают сточные воды смешанного состава (бытовые и производственные). Неоднородное, многокомпонентное загрязнение среды обитания даёт возможность организмам ила приобрести и сохранять необходимый уровень приспособленности в широком спектре непрерывно меняющихся условий. Биоценозы на таких очистных сооружениях разнообразны по видам, динамичны, подвижны и чутко реагируют на внешнее воздействие. При нормально протекающем процессе очистки в них отсутствуют численно доминирующие виды или такое доминирование минимально.

При удельных нагрузках 80-150 мг/г обеспечивается полное окисление и нитрификация азотосодержащих загрязнений. При полном окислении поступающих на очистку растворённых органических веществ, ненарушенном балансе их сорбции и окислении, низких нагрузках на активный ил и развитом процессе нитрификации формируется наиболее экологически совершенный биоценоз - нитрифицирующий активный ил. Нитрифицирующие хлопья ила крупные, компактные, хорошо оседающие, наполненные пузырьками газа, наблюдается самопроизвольная флотация ила, вызванная процессами денитрификации. Процесс денитрификации, протекающий во вторичных отстойниках, может ухудшать качество очищенной воды за счёт избыточного выноса активного ила, особенно в тёплое время года.

Биоценоз нитрифицирующего активного ила характеризуется, в целом, наиболее сложной экологической структурой с высоким таксономическим разнообразием (до 45 видов простейших) без численного преобладания различных видов. Нитчатые бактерии, мелкие бесцветные жгутиконосцы, мелкие формы как голых, так и раковинных амёб практически полностью вытесняются из биоценоза или их численность минимальна. Из инфузорий преобладают брюхоресничные и прикреплённые формы, жизнедеятельность которых тесно связана с хорошо сформированными, флокулированными хлопьями активного ила. Присутствуют представители высшего звена - хищники, что положительно влияет на степень очищения воды от органических загрязняющих веществ за счёт повышения интенсивности обмена. В нитрифицирующем иле всегда присутствуют (не достигая массового развития) хищные коловратки, сосущие инфузории, хищные грибы и черви рода Chaetogaster. Периодически встречаются тихоходки.

В целом, в низконагружаемых илах, за счёт богатого видообразия, расширяется возможность ила адекватно реагировать на неблагоприятные воздействия и увеличивается его способность поддерживать эффективное и устойчивое качество очистки. При воздействии концентрированных производственных сточных вод биоценоз устойчиво сохраняет свою структурную целостность и удовлетворительный уровень ферментативного окисления. Разрушение стабильности и способности к быстрому восстановлению у такого биоценоза возможно только при чрезвычайном воздействии: в результате резкого возрастания удельной нагрузки на активный ил, воздействия сильно токсичных (при аварийных сбросах) сточных вод, недостатке и дисбалансе питательных веществ.

1.2.5 Формирование различных типов биоценоза

Описанные три основные типа биоценоза активного ила формируются в своеобразных экологических условиях, обеспечивающих определённое качество очистки, оговариваемое в проекте биологических очистных станций. На фоне описанных общих закономерностей биоценоз активного ила на каждом очистном сооружении своеобразен по своей структуре и адаптационным свойствам и уникален, поскольку состав сточных вод и режим эксплуатации каждого конкретного сооружения специфичен, а их конструкция относится к одному из нескольких определённых типов. Таким образом, на формирование биоценоза, его структуру оказывают влияние проектные параметры, состав сточных вод и соблюдение технологического режима эксплуатации очистных сооружений, где решающее значение имеет поддержание необходимого качества и количества активного ила, которые определяются такими показателями как доза ила, иловой индекс, зольность, возраст, прирост ила.

1.3 Глубокая очистка сточных вод от биогенных элементов

Эвтрофикация - процесс роста биологической растительности водоемов, который происходит вследствие превышения баланса питательных веществ. При этом повышается температура воды, появляются привкусы и запахи, ухудшается цвет воды, чрезмерно развиваются водоросли, преобладают нежелательные виды планктона и нарушается жизнедеятельность рыб. К ускорению эвтрофикации приводят загрязнения биогенными элементами, которые попадают в водоемы со сточными и дождевыми водами, стоками с сельскохозяйственных полей, из донных отложений и т.д. Установлено, что массовое развитие водорослей в первую очередь происходит при наличии С, N и Р. Поскольку СО2 поглощается водой из воздуха (причем этот процесс усиливается при высоких значениях рН, характерных для воды в цветущих водоемах), ограничить концентрацию углерода в воде сравнительно трудно. Наиболее целесообразно бороться с эвтрофикацией путем сведения к минимуму концентрации азота и фосфора в сточных водах, сбрасываемых в водоемы.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7