| Усі додатки, графічні матеріали, формули, таблиці та малюнки роботи на тему: Біологічне очищення стічних вод (предмет: Екологія та охорона природи) знаходяться в архіві, який можна завантажити з нашого сайту. Приступаючи до прочитання цього твору (переміщаючи смугу прокручування браузера вниз), Ви погоджуєтесь з умовами відкритої ліцензії Creative Commons Attribution (Атрибуція) 4.0 Всесвітня (CC BY 4.0) .
Біологічне очищення стічних вод
Ще в містах стародавнього Єгипту, Греції та Риму існували каналізаційні системи, якими відходи життєдіяльності людей і тварин транспортувалися у водоймища - річки, озера і моря. У Стародавньому Римі перед скиданням в Тибр каналізаційні стоки накопичувалися і витримувалися в накопичувальному ставку-відстійнику-клоаку (cloaca maxima). У Середньовіччі цей досвід був значною мірою забутий, потім, екскременти людей і тварин, виливалися на міські вулиці та віддалялися епізодично. Це було причиною забруднення та зараження джерел питної води та призводило до виникнення епідемій холери, тифу, амебної дизентерії та ін. На початку 19 століття в Англії було винайдено туалет з водяним змивом (water closet, WC). Виникла очевидна необхідність у обробці стічних вод та запобігання їх потраплянню в джерела питної води. Стічні води збирали і витримували у великих ємностях, осад використовували як добрива. На початку ХХ століття були розроблені інтенсивні системи очищення побутових стічних вод, включаючи поля зрошення, де вода очищалася, фільтруючись через грунт, струменеві фільтри з щебеневим і піщаним завантаженням, а також резервуари з примусовою аерацією - аеротенки.Останні є основним вузлом сучасних станцій аеробного очищення міських стічних вод. Спочатку основною метою очищення стоків було їхнє знезараження. Розуміння важливості якісного очищення стічних вод для охорони природних водойм прийшло пізніше. Проблемою чистої води є однією з найактуальніших проблем століття. Для збереження місць забору питної води чистими необхідне якісне очищення стічних вод, виробництво яких в Україні досягає 500 літрів на добу на душу міського населення. В даний час розроблені та розвиваються сучасні технології очищення стічних вод. Найбільший інтерес і перспективу мають природні та найдешевші біологічні методи очищення, які є інтенсифікацією природних процесів розкладання органічних сполук мікроорганізмами в аеробних або анаеробних умовах.
Біохімічне очищення засноване на використанні закономірностей біохімічного та фізіологічного самоочищення річок. Цей процес протікає завдяки здатності деяких мікроорганізмів руйнувати органічні та деякі неорганічні сполуки (наприклад, сульфіди та солі амонію), перетворюючи їх на нешкідливі сполуки. - продукти окислення - воду, двоокис вуглецю, нітрат та сульфати.
Деградація органічних речовин мікроорганізмами в аеробних та анаеробних умовах здійснюється з різними енергетичними балансами сумарних реакцій. При аеробному біоокисленні глюкози 59% енергії, що міститься в ній, витрачається на приріст біомаси та 41% становить теплові втрати. Цим зумовлено активне зростання аеробних мікроорганізмів. Чим вище концентрація органічних речовин в оброблюваних стоках, тим сильніше розігрів, вище швидкість росту мікробної біомаси та накопичення надлишкового активного мулу. При анаеробній деградаціїглюкози з утворенням метану лише 8% енергії витрачається на приріст біомаси, 3% складають теплові втрати та 89% переходить у метан. Анаеробні мікроорганізми ростуть повільно і потребують високої концентрації субстрату.
Аеробний процес: С6Н12О6+6О2-6СО2 +6Н2О+ мікробна біомаса + тепло.
Анаеробний процес: С6Н12О6-3СН4+3СО2+ мікробна біомаса + тепло.
Аеробнийздійснюється бактеріями за наявності у воді кисню і є основним способом біоочищення. Існує кілька видів пристроїв, які використовують аеробний принцип.
У біофільтрах стічні води пропускаються через шар крупнозернистого матеріалу, покритого тонкою бактеріальною плівкою. Завдяки цій плівці, що служить чинним початком, швидко протікають процеси біологічного окиснення.
У біологічних ставках в очищенні стічних вод беруть участь усі організми, що населяють водоймище.
В аеротенках (величезних резервуарах із залізобетону) очищаючим початком служить активний мул із різних мікроорганізмів. Їх розвитку сприяють органічні речовини, що надходять зі стічними водами, а також штучно створюваний надлишок кисню. Ферменти, які виділяються мікроорганізмами, мінералізують органічні забруднення.
Біологічний метод дає хороші результати під час очищення комунальних стоків. Він застосовується і для очищення стоків підприємств целюлозно-паперової, нафтопереробної промисловості.
Аеробне мікробне співтовариство представлено різними мікроорганізмами, переважно бактеріями, окисляющими різні органічні речовини переважно незалежно друг від друга, хоча окислення деяких речовин здійснюється шляхом соокисления (кометаболизм). Аеробне мікробне співтовариство активного мулу систем аеробного очищення води представленевинятковим біорізноманіттям. В останні роки за допомогою нових молекулярно-біологічних методів, зокрема специфічних рРНК проб, в активному мулі показано присутність бактерій пологівParacoccus,Caulobacter,Hyphomicrobium,Nitrobacter,Acinetobacter, і т.д.
Вважається, що до теперішнього часу ідентифіковано не більше 5% видів мікроорганізмів, що беруть участь у аеробному очищенні води. Слід зазначити, що багато аеробних бактерій є факультативними анаеробними. Вони можуть зростати без кисню за рахунок інших акцепторів електрона (анаеробне дихання) або бродіння (субстратне фосфорилювання). Продуктами їх життєдіяльності є вуглекислота, водень, органічні кислоти та спирт.
Біологічному очищенню стічних вод зазвичай передує механічне очищення. А слідують за нею хімічні та фізико-хімічні методи (хлорування, електроліз, озонування).
Анаеробна деградація органічних речовин при метаногенезі здійснюється як багатоступінчастий процес, в якому необхідна участь принаймні чотирьох груп мікроорганізмів: гідролітиків, бродильників, ацетаногенів та метаногенів. В анаеробному співтоваристві між мікроорганізмами існують тісні та складні взаємозв'язки, що мають аналоги в багатоклітинних організмах, оскільки через субстатну специфічність метагенів, їх розвиток неможливий без трофічного зв'язку з бактеріями попередніх стадій. У свою чергу, метанові археї, використовуючи речовини, що продукуються первинними анаеробними, визначають швидкість реакцій, що здійснюються цими бактеріями. Ключова роль в анаеробній деградації органічних речовин до метану грають метанові археї пологівMethanosarcina,Methanosaeta(Methanothrix),Methanomicrobiumта інші. За нихвідсутності або нестачі анаеробне розкладання закінчується на стадії кислотогенного та ацетогенного броджень, що призводить до накопичення летких жирних кислот, в основному масляної, пропіонової та оцтової, зниження рН та зупинки процесу.
Біоплато.Прогресивним розвитком методів природного біологічного очищення є біоінженерні споруди типу біоплато. Для очищення та доочищення стічних вод населених пунктів можуть бути використані конструкції типу інфільтраційних та поверхневих біоплато.
Інфільтраційна біоплато - інженерна споруда, розміщена, як правило, у котловані глибиною до 2 м, на дні якої влаштовується протифільтраційний екран із поліетиленової плівки. Поверх крана укладається горизонтальний дренаж і шар щебеню, піску, керамзиту або іншого матеріалу, що фільтрує. Поверхня споруди засаджується очеретом, очеретом, рогозом та іншими місцевими видами вищої водної рослинності з розрахунку не менше ніж 10-12 стебел на 1 - 2 м.
За технологією біоплато в очищенні води бере участь співтовариства водних (на поверхні блоку) і ґрунтових (у шарі, що фільтрує) мікроорганізмів, вища водна рослинність і сам фільтруючий шар.
Очисні споруди типу біоплато: А – інфільтраційне біоплато; Б – поверхневе біоплато: 1 – подача води на очищення; 2 – відстійник; 3 - осад; 4 – розподільний трубопровід; 5 – протифільтраційний екран; 6 - рослинний ґрунт; 7 – пісок; 8 – щебінь; 9 – дренаж; 10 - найвища водна рослинність; 11 - кам'яна структура; 12 - очищена вода
Поверхневе біоплато також розміщується в котловані та має протифільтраційний екран. Роль дренажу виконує кам'яна нариса, замість фільтруючого шару укладається грунт котловану, поверхня якого засаджується.найвищою водною рослинністю. Вища водна рослинність, крім очисної функції, забезпечує підвищену транспірацію (випаровування) рідини, що очищається, в літній період приблизно на 10-15%. Транспіраційні властивості вищої водної рослинності можуть бути використані для прискорення підсушування мулових майданчиків, підвищення пропускної спроможності та ефективності очищення полів фільтрації.
Очисні споруди за технологією біоплато складаються, як правило, з кількох блоків, які мають каскад, причому блок поверхневого біоплато є кінцевим. До складу споруди біоплато як кінцевий може бути включений болотистий ділянку (природне поверхневе біоплато) з наявністю достатніх заростей вищої водної рослинності. Початковим блоком споруди є відстійник, де відбувається видалення великих включень та завислих речовин.
В даний час існує безліч біопрепаратів, що використовуються для очищення стічних вод. Це консорціуми мікроорганізмів, виділені методом накопичувальних культур, зазвичай з активного мулу аеротенків міських споруд очищення стічних вод. Вони використовуються для очищення стічних вод місцевого значення, наприклад у селах, дачних та котеджних селищах, невеликих селищах міського типу, міні-заводах тощо. Біопрепарати, що містять органічне число видів мікроорганізмів, по спектру речовин, що розкладаються, поступаються свіжому активному мулу. При цьому вони містять швидко зростаючі штами, які ініціюють процеси розкладання органічних забруднень. У нестерильному процесі розвиваються також мікроорганізми, що містять у відходах, і в мікробне співтовариство включаються відсутні ланки.
Дія мікроорганізмів біопрепаратів у тому, що у процесі своєї життєдіяльності вони виробляють ферменти, якіздатні розщеплювати жири, білки та інші складні речовини органічного походження на більш прості органічні речовини, які легко розкладаються ними до вуглекислоти та простих сполук азоту. Після додавання препарату зростає концентрація мікроорганізмів, а отже, і ступінь очищення. Клітини мікроорганізмів іноді іммобілізують на твердому дисперсному носії, який може бути додатковим джерелом азоту та фосфору. Препарати містять асоціації 6-12 штамів аеробних та факультативно анаеробних мікроорганізмів, що забезпечують комплексне очищення стічної води від органічних забруднень: жирів, білків, складних вуглеводів і навіть (спеціалізовані) від нафтопродуктів. Як поживні елементи біопрепарати містять солі азоту та фосфору, які стимулюють зростання мікроорганізмів та вироблення мікроорганізмами ліполітичних, амілазолітичних, карбогідразних, та інших ферментів, що максимально полегшують розкладання органіки. Аналогічні біоактиватори, але з дещо іншим складом, застосовуються так само при виробництві компосту, біотуалетах і т.п.
Стічні води великих міст та невеликих селищ значно відрізняються за концентрацією органічних забруднювачів. Вміст органічних забруднювачів у стічних водах великих міст вбирається у 500 мг/л, становлячи зазвичай 200-300 мг/л. Побутові стічні води невеликих населених пунктів містять більше органіки, від 500-1000 г/л і більше. У сучасних дачних та котеджних селищах часто туалетні та кухонні стічні води, що містять велику кількість органічних забруднень, відокремлюються від стоків ванних кімнат. Для очищення стічних вод котеджних селищ, що інтенсивно розвиваються, будуються локальні очисні споруди, для пуску яких і виведення на робітник необхідно використовувати активний мулміських станцій аерації чи спеціальні мікробні препарати.
Список використаної літератури
1. Васильєв Г.В., Ласков Ю.М., «Водне господарство та очищення стічних вод підприємств текстильної промисловості». М: Легка індустрія, 1976.
2. Вішаренко В.С. «Принципи управління якістю довкілля міст. Урбоекопогія.» М: Наука. 1990.
3. Стольберг Ф.В. "Екологія міста" підручник. К.: Лібра. 2000.
4. Трочешников Н.С., Родіонов А.І., Кельцев І.В., "Техніка захисту навколишнього середовища" Навчальний посібник для ВНЗ. - М: Хімія, 1981.
5. Юр'єв Б.Т. "Очищення стічних вод малих об'єктів". Рига, Авотс, 1983.