1   2   3   4
Ім'я файлу: біоочищення св.docx
Розширення: docx
Розмір: 579кб.
Дата: 03.02.2021
скачати





ВСТУП
Питання забезпечення екологічно безпечної переробки і знезараження відходів на водоочисних станціях для Кременчука стоять досить гостро і актуально, як і для всієї України в цілому. Для рішення таких задач необхідно застосовувати нове ефективне обладнання і специфічні технології, що залежать від характеру стічних вод на водоочисних станціях.

Актуальність вивчення процесу переробки і знезараження стічних вод полягає у вирішення проблеми екологічного забруднення.

Об’єкт курсової роботи – процес біологічного очищення стічних вод у аеротенках з регенерацією активного мулу.

Предмет курсової роботи – сировинна база, біологічний агент, цільовий продукт, фізико-хімічні, біохімічні та технологічні особливості біотехнології очищення стічних вод в аеротенках-витиснювачах.

Метою курсової роботи розробка схеми біоочищення стічних вод у аеротенках-витиснювачах з регенерацією активного мулу.

Виходячи з поставленої мети визначено наступні завдання курсового проекту:

1. Надати загальну характеристику процесу біоочищення стічних вод в аеротенках.

2. Охарактеризувати склад та властивості субстрату біотехнології.

3. Вивчити особливості біоагенту технології очищення стічних вод в аеротенках.

4. Визначити вимоги щодо скидів після біоочищення.

5. Розробити технологічну схему біоочищення стічних вод в аеротенках-витиснювачах та провести розрахунок споруд та апаратів.

6. Вивчити особливості перебігу біохімічних процесів в очисних спорудах.

Під час написання курсової роботи були використані так наукові методи: аналіз технічної, наукової та методичної літератури з проблеми дослідження; метод класифікації, бібліографічний метод, тощо, із застосуванням сучасних приладів і технологій.

Інформаційною базою для написання роботи є: література з біотехнології та мікробіології; підручники, атласи та посібники; інтернет джерела; наукові публікації, періодичні видання, тощо.

У першому розділі викладено аналіз літературних джерел щодо складу, властивостей, види забруднень та методів очистки стічних вод в аеротенках.

У другому розділі викладено інформацію що до складу субстрату біотехнології, поняття, склад, властивості та класифікація забруднень стічних вод.

У третьому розділі викладені особливості біоагенту технології очищення стічних вод в аеротенках.

У четвертому розділі обґрунтовано вимоги до складу скидів після біоочищення, санітарні умови випуску стічних вод у водойми, норми якості води.

У п’ятому розділі приведено характеристику обладнання, що використовується в даній технології та розрахунки його продуктивності.

У шостому розділі розглянуто біохімічні перетворення, що відбувається при очищенні стічних вод в аеротенках-витиснювачах та розраховано матеріальний баланс технологічної схеми.

Практична цінність даної роботи полягає у теоретичному обґрунтуванні біотехнології очищення стічних вод. Висновки є методичною основою для подальших досліджень в цій галузі. Результати курсового дослідження можуть бути використані при проектуванні біотехнологічних очисних споруд, при обґрунтуванні і розробці програм охорони, контролю та управління якістю здоров’я населення та екології навколишнього середовища.

Структура роботи. Курсова робота містить 9 таблиць та 2 рисунки по тексту. Загальний обсяг роботи становить 54 сторінки. Список використаної літератури у кількості 19 найменування на 2 сторінках.
РОЗДІЛ 1 ТЕХНОЛОГІЯ БІООЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД В АЕРОТЕНКАХ
Забруднені стічні води представляють собою різні за походженням, складом і фізико-хімічним властивостям води, що були використані для побутових і технічних потреб. Забруднення стічних вод розділяють на органічні, мінеральні, біологічні.

Серед методів очищення стічних вод виділяють механічні, фізико-хімічні та біологічні. У результаті очищення стічних вод утворюються осади, що підлягають знезараженню, зневодненню, сушінню, можлива їх наступна утилізація. Якщо за умовами скиду стічних вод у водойму вимагається більш висока ступінь очищення, то після споруд повної біологічної очистки стічних вод влаштовують споруди глибокого очищення.

Біологічні методи очистки стічних вод засновані на здатності мікроорганізмів мінералізувати розчинені органічні сполуки, є для них джерелом харчування. Споруди біологічної очистки умовно можуть бути розподілені на два види: екстенсивні і інтенсивні. До екстенсивних відносять споруди, у яких процес очищення протікає в умовах, близьких до природніх (поля фільтрації чи зрошення і біологічні ставки). До споруд інтенсивного типу аналогічна очистка здійснюється у штучно створених промислових апаратах – аеротенках і біофільтрах. У основі інтенсивних способів лежить діяльність активного мулу чи біоплівки, тобто біоценозу, що природно виник і формується на кожному конкретному виробництві в залежності від складу стічних вод і обраного режиму очищення.

Для глибокої очистки стічних вод від завислих речовин використовуються фільтри різних конструкцій, для фільтрації розчинених органічних речовин застосовують сорбційні, біо-сорбційні, озонаторні й інші установки. Глибоке очищення стічних вод від сполук азоту і фосфору може здійснюватися фізико-хімічними і біологічними методами.

Заключним етапом обробки стічних вод перед скидом у водойму є дезінфекція (знищення патогенних мікроорганізмів, що містяться у стічній воді) шляхом введення у воду газоподібного хлору, при використанні бактерицидних ультрафіолетових ламп, озону. Обробка осадів стічних вод, що утворюються у процесах очистки, полягає у зниженні їх вологості і зменшенні об’єму, у процесі обробки осади знезаражуються.

Очисні споруди представляють собою специфічні техногенні екологічні системи, що можна класифікувати за характером біоценозів, що використовують на системи з активним мулом і з біоплівкою. В залежності від процесів, що протікають, розрізняють системи аеробної та анаеробної біологічної очистки.

Аеробна переробка стоків – найбільша область контрольованого використання мікроорганізмів у біотехнології. Вона включає стадії:

1) адсорбція субстрату на клітинній поверхні;

2) розщеплення адсорбованого субстрату внутрішньоклітинними ферментами;

3) поглинання розчинених речовин клітинами;

4) ріст і ендогенне дихання;

5) вивільнення продуктів екскреції;

6) «виїдання» первинної популяції організмів вторинними споживачами.

Органічні речовин, що потрапляють у аеробний біореактор, можуть:

1) окислюється до СО2 і різноманітних поживних речовин (у вигляді N-, P- S-вмісних сполук);

2) асимілюватися у біомасі (мулі);

3) проходить крізь реактор, не змінюючись (біологічно не перетворюваний у даних умовах, тобто інертні речовини);

4) перетворюються у інші органічні речовини.

Основними спорудами аеробного біологічного очищення з активним мулом є аеротенки. Аеротенк представляє собою залізобетонний резервуар, що продувається повітрям, пов'язаний з відстійником, по якому протікає стічна вода, змішана з активним мулом, частіше за все має прямокутний перетин. Ширина коридору аеротенку може складати 4,5–9 м (а іноді й більше) при глибині до 6 м. Довжина аеротенків може досягати декількох десятків метрів в залежності від пропускної здатності очисних споруд.

За гідравлічною схемою роботи аеротенки поділяються на наступні типи:

1) аеротенки-витиснювачі – споруди із зосередженим впуском води і активного мулу у них і зі зниженим навантаженням на активний мул уздовж споруди. Такий вид аеротенків дозволяє забезпечити більш високу якість очищення, однак чутливий до різких коливань витрати і складу стоків (рис. 1.1);

2) аеротенки-змішувачі з підводом води і активного мулу рівномірно вздовж одної із довгих сторін аеротенку. За всім об’ємом аеротенку спостерігається однакове навантаження на активний мул. Перевагою такого аеротенку є згладжування залпових навантажень на активний мул;

3) аеротенки із розосередженими вздовж споруди впуском стічної води займають проміжне положення між двома попередніми видами. Навантаження на активний мул змінюється циклічно за довжиною споруди.



Рисунок 1.1 – Схеми аеротенків:

а – витиснення; б – змішування; в – із розосередженою подачею води і регенератором активного мулу.

У аеротенках мікробіальна маса перебуває у завислому у рідині стані у вигляді окремих пластівців, що представляють собою зооглейні скупчення мікроорганізмів, найпростіших і більш високоорганізованих представників фауни (коловертки, черви, личинки комах). Біоценоз організмів, що розвиваються у аеробних умовах на органічних забруднювачах, що містяться у стічній воді, отримали назву активного мулу. Розмір пластівців залежить як від виду бактерій, наявності і характеру забруднень, так і від навколишніх факторів – температури середовища, гідродинамічних умов у аераційній споруді, тощо. Робочі концентрації активного мулу у аеротенках складають 1–5 г/л (за сухою речовиною) при часі перебування стічної води у системі від декількох годин до декількох діб.

На здатності до пластівце утворення (флокуляція і флокуло утворення) і седиментації засновано видалення мулу із стічної води у вторинному відстійнику і рециркуляції його у аеротенк для підвищення його окислювальної здатності.

Сумарна поверхня мікроорганізмів досягає 100 м2 на 1 г сухої речовини мулу, що в свою чергу, пояснює значну сорбційну здатність мулу і потребу у ефективному перемішуванні вмісту басейну. В залежності від ступеню забрудненості і об’єму стічної води, складу забруднюючих і умов очищення застосовують різні гідродинамічні режими організації потоку води, її циркуляції, подачі зворотного активного мулу і керування. Подача повітря у коридори аеротенку здійснюється через систему пористих керамічних труб. Зазвичай повітря розподільний пристрій розташовують не по центру, а коло однієї зі стін коридору. У результаті цього у аеротенку відбувається турбулізація потоку і стічні води не тільки просуваються повз коридори, але і закручуються по спіралі всередині нього.
РОЗДІЛ 2 СКЛАД ТА ВЛАСТИВОСТІ СУБСТРАТУ БІОТЕХНОЛОГІЇ ОЧИЩЕННЯ ВОДИ
2.1 Склад і властивості стічних вод

За своєю природою забруднення стічних води розділяють на органічні, мінеральні, біологічні. Органічні забруднення – це домішки рослинного і тваринного походження. Мінеральні забруднення – це кварцовий пісок, глина, луги, мінеральні кислоти і їх солі, мінеральні олії, тощо. Біологічні і бактеріальні забруднення – це різні мікроорганізмі: дріжджові і плісняві грибки, мікроскопічні водорості і бактерії, у тому числі патогенні – збудники черевного тифу, паратифу, дизентерії й інших.

Всі домішки стічних вод, незалежно від їх походження, поділяють на чотири групи, відповідно до розмірів частинок.

До першої групи домішок відносять нерозчинні у воді грубо дисперсні домішки. Нерозчинними можуть бути домішки органічної чи неорганічної природи. До цієї групи відносять мікроорганізми (найпростіші, водорості, гриби), бактерії і яйця гельмінтів. Ці домішки утворюють з водою нестійкі системи. При певних умовах вони можуть випадати у осад чи спливати на поверхню води. Значна частина забруднень цієї групи може бути виділена із води в результаті гравітаційного осадження.

Другу групу домішок складають речовини колоїдної ступені дисперсності з розміром частинок менше 10–6 см. Гідрофільні і гідрофобні колоїдні домішки цієї групи утворюють з водою системи з особливими молекулярно-кінетичними властивостями. До цієї групи відносяться і високомолекулярні сполуки, так як їх властивості подібні до колоїдними системами. В залежності від фізичних умов, домішки цієї групи здатні змінювати свій агрегатний стан. Малий розмір частинок ускладнює осадження під впливом сил тяжіння. При руйнування агрегативної стійкості домішки випадають у осад.

До третьої групи відносять домішки з розміром частинок менше 10–7 см. Вони мають молекулярну ступінь дисперсності. При їх взаємодії с водою утворюються розчини. Для очистки стічних вод від домішок третьої групи застосовують біологічні і фізико-хімічні методи.

Домішки четвертої групи мають розмір частинок менше 10–8 см, що відповідає іонній ступені дисперсності. Ці розчини кислот, солей і основ. Деякі із них, зокрема, амонійні солі і фосфати частково видаляються із води у процесі біологічного очищення. Для зниження концентрацій солей використовують наступні фізико-хімічні методи очищення: іонний обмін, електродіаліз.

Розрізняють три основні категорії стічних вод в залежності від їх походження: господарсько-побутові, виробничі, атмосферні. Господарсько-побутові стічні води поступають у водовідвідну мережу від житлових будинків, побутових приміщень промислових підприємств, комбінатів громадського харчування і лікувальних установ. У складі деяких вод розрізняють фекальні стічні води і побутові, забруднені різними побутовими викидами, мийними засобами (табл. 2.1).

Таблиця 2.1 – Усереднені показники забруднень побутових стічних вод, що поступають у міську каналізацію за добу

Вид забруднення

Кількість, г

Завислі речовини

60–70

БПКпов неосвітленої рідини

70–80

БПКпов освітленої рідини

35–45

Азот амонійних солей (N–NH4+)

7–9

Фосфор (в розрахунку на P2O5)

2–4

Хлориди (Сl-)

8–10

Поверхнево-активні речовини

2–3

Господарсько-побутові стічні води завжди містять велику кількість мікроорганізмів. Що є продуктами життєдіяльності людини. Серед них можуть бути і патогенні. Особливістю господарсько-побутових стічних вод є відносна сталість їх складу. Основна частина органічних захворювань таких вод представлена білками, жирами, вуглеводами і продуктами їх розкладу. Неорганічні домішки складають частинки кварцового пічку, глини, солі, що утворюються у процесі життєдіяльності людини. До останніх відносять фосфати, гідрокарбонати, амонійні солі (продукти гідролізу сечовини). Із загальної маси забруднень побутових стічних вод на долю органічних речовин припадає 45–58%.

Виробничі стічні води утворюються в результаті технологічних процесів. Якість стічних вод і концентрація забруднюючих речовин визначають наступними факторами: видом промислового виробництва, вихідної сировини, режимами технологічних процесів. На виробництвах, наприклад, метало оброблюючих, виробничі стічні води забруднені мінеральними речовинами (табл. 2.2). Харчова промисловість дає забруднення органічними домішками. Більшість підприємств має забруднення стічних вод як мінеральні, так і органічні, у різних співвідношеннях (табл. 2.3). Концентрація забруднень стічних вод різних виробництв неоднакова. Вона коливається у досить широких межах, в залежності від витрати води на одиницю продукції, досконалості технологічного процесу і виробничого обладнання. Концентрація забруднень у виробничих стічних водах може сильно коливатися у часі і залежить від ходу технологічного процесу у окремих цехах чи на підприємстві в цілому. Нерівномірність притоку стічних вод і їх концентрація у всіх випадках погіршує роботу очисних споруд і погіршує експлуатацію.

Таблиця 2.2 – Типові концентрації забруднень у стічних водах нафтохімічних і коксохімічних виробництв.

Показники

Коксохімічне виробництво, стоки після усереднювача

Виробництво фенол-формальдегідних смол

Нафтопереробна промисловість

ХПК, мг/л

2000–3000

3000–8000

200–10000

Завислі речовини, мг/л

300–500

1500–1700

50–400

Загальний азот, мг/л

700–800



100–1000

Леткий аміак, мг/л

100–300





Феноли, мг/л

300–600

100–500

1–10

Ціаніди, мг/л

20–30





Смоли і масла, мг/л

100–300





Нафта і нафтопродукти, мг/л





150–15000

рН

7,5–8,5

7,3–7,7

3–9

Таблиця 2.3 – Типові концентрації забруднень у стічних водах основних видів промислових підприємств.

Промисловість

Кількість утворюваних стоків, м3

ХПК, гО2

БПКп,

гО2

Завислі реч., г/л

Nзаг, мг/л

N-NH4+

мг/л

Цукрова



1,5–7,5

1,2–20

1,2–20

5–150

20–40

Молочна (без врахування молочної сироватки)

5 м3/т молока

1,2–5,0

1,1–4,0

0,2–1,0

50–90



Спиртова

1,5–2,5

10–30

5–25

0,3–15

360–1300



Спиртова без врахування барди



0,6–1,4

0,5–0,7

0,4–0,6





Пивоваріння



1,5–7

1,0–5,0

0,3–2,0

50–200

10–40

Первинне в-во



7–10

5–6

2,0–2,5



6–8

Безалкогольні вироби



0,1–1,5

0,06–1

0,03–1





Виробництво крохмалю



3–30



0,2–5,5

200–1000

50–120

Дріжджове в-во



10–80

8–65



500–1500

100–300

Плодово-овочева



0,7–1,7

0,5–1,2

1,2–4,0

10–20



Борошняна



0,1–0,6

0.1–0,4

0,1–1,5





Маргаринове в-во



13–17

10–14

5,0–7,0

2–3



Майонезне в-во



35–40

31–34

12–16

2–3



Переробка сої



7,5–20

6,0–15

0,1–0,2

300–500

30–50

М’ясна



0,7–3,0

0,5–2,5

0,1–1,5

10–300



Целюлозно-паперова

10-100 на 1 т продукції

0,1–3

0,5–1,5

0,1–0,5

5–20



Мікробіологічне виробництво

Антибіотиків



2,0–80

1,5–50

0,5–5

150–1000



Тваринництво

34 л/добу на 1

8–20

3–8,5

4–40

1000–3000

200–1000

Атмосферні стічні води утворюються у результаті випадання осадів. До цієї категорії стічних вод відносять талі води, а також води від поливання вулиць. У атмосферних водах спостерігається висока концентрація кварцового піску, глинистих частинок, сміття та нафтопродуктів, що змиваються з вулиць міста. Забруднення території промислових підприємств призводить до появи у зливових водах домішок, характерних для даного виробництва. Відмінною рисою зливового стоку є його епізодичність і різко виражена нерівномірність за витратами і концентраціями забруднень.
2.2 Основні показники забрудненості стічних вод

Для визначення характеру і ступеня забрудненості стічних вод, якості очищення використовується ряд показників. Органолептичні показники: колір, вид, запах, каламутність, прозорість. Деякі речовини виявляються органами чуття людини при дуже малих концентраціях. За прийнятою методикою смак і запах води виявляють для холодної і підігрітої до 60 °С води і оцінюється за наступною системою:

0 балів – запах і присмак не виявляються;

1 бал – виявляється лише досвідченою людиною з тонким нюхом і смаком;

2 бали – виявляється споживачем;

3 бали – виявляється легко, може бути приводом для скарг;

4 бали – вода неприємна для споживання;

5 балів – вода зовсім непридатна для пиття.

У відповідності з гігієнічними вимогами при використанні води у питних цілях інтенсивність запаху не повинна перевищувати два бали.

Із запахів розрізняють ароматичний, болотяний, гнильний, дерев’яний, земляний, риб’ячий, сірководневий і невизначений. Вода, придатна для пиття, не повинна мати запаху. Поява запаху частіше всього пов’язано з утворенням сірководню при гнитті сірковмісних органічних речовин чи при відновленні сульфатів. Причиною появи запахів і присмаків води може бути масовий розвиток водоростей у водоймі, звідки відбувається водозабір. При цьому у воду потрапляють продукти обміну речовин водоростей, що надають воді різноманітні запахи і присмаки.

Якісне визначення каламутності проводять описово: слабка опалесценція, опалесценція, слабка, помітна і сильна каламуть. Кількісно мутність визначають турбидиметричним методом за ослабленням світла, що проходить крізь колбу. У якості стандарту використовують суспензію SiO2, каоліну, формазину.

Прозорість (чи світлопроникність) води зумовлена її кольором і мутністю, тобто вмістом у ній різних розчинених зафарбованих і завислих органічних і мінеральних речовин. В залежності від ступені прозорості воду умовно поділяють на прозору, слабкопалесцуючу, опалесцюючу, дещо каламутну, каламутну і дуже каламутну. Мірою прозорості слугує висота стовпчика води, при якій можна спостерігати занурювану у воду білу пластину певних розмірів (диск Секкі) чи розрізняти на білому папері шрифт певного розміру і типу (як правило, напівжирний шрифт висотою 3,5 мм). Результати виражаються у сантиметрах з зазначенням способу вимірювання.

Фізико-хімічні показники: рН, температура, окислювально-відновлювальний потенціал, сумарна мінералізація, електропровідність, кольоровість. Сумарна мінералізація відображає загальний вміст мінеральних речовин у воді; зазвичай виражається у мг/л чи мг/дм3 (до 1000 мг/л) і ‰ (проміле чи тисячна доля при мінералізації більше 1000 мг/л).Електропровідність приблизно відображає сумарну мінералізацію води і зазвичай зростає з її збільшенням.

Кольоровість води визначається у градусах платино-кобальтової чи біхромат-кобальтової шкали і характеризує інтенсивність зафарбування води. Висока кольоровість води погіршує її органолептичні властивості і чинить негативний вплив на розвиток водних організмів.

Вміст завислих речовин відображає вміст у воді грубо дисперсних суспендованих мінеральних домішок (частинок глини, піску, інших неорганічних речовин) і органічних частинок (різних мікроорганізмів, активного мулу, планктону, відмерлих залишків організмів, тощо).

Втрати чи прокалювання, зольність твердих домішок характеризують вмістом органічної і мінеральної частини домішок. Визначають їх шляхом прокалювання проби (наважки) при 500–600 °С, при цьому більшість сполук, що містять С, Н, N, S й інші леткі домішки, вигоряють. Втрати при прокалюванні виражають у мг/л, зольність – у % від вихідної маси твердого зразка. Замість показників втрат при прокалюванні і зольності іноді використовують показник «вміст у пробі летких і нелетких домішок».

Жорсткість (мг-екв/л). Загальна жорсткість води визначається, головним чином, як сума концентрацій іонів Са2+, Mg2+, виражена у мг-екв/л. Вона дорівнює [Са2+]/20,04 + [Mg2+]/12,16. М’яка вода має жорсткість  4 мг-екв/л, вода середньої жорсткості 4–8 мг-екв/л, жорстка 8–12 мг-екв/л, дуже жорстка  12 мг-екв/л. Величина загальної жорсткості у питній воді не має перевищувати 7 мг-екв/л. Особливі вимоги пред'являються до технічної води (через утворення накипу).

Кислотність (мг-екв/л) стічних вод визначається їх здатністю зв’язувати гідроксид-іони. Кількість гідроксид-іонів, що ступають у реакцію нейтралізації, що відображає загальну кислотність води і залежить від вмісту вільного діоксину вуглецю, інших слабких органічних кислот, сильних кислот і їх солей.

Лужність (мг-екв/л) визначає кількість речовин, що вступають у реакцію з сильними кислотами. У залежності від характеру аніонів, що формують лужність, розрізняють гідратну лужність (зумовлена присутністю, бікарбонату, карбонатну, силікату, фосфатну, гуматну. Природні води з рН7–9 зазвичай мають сумарну карбонатну і бікарбонату лужність 3–4 мг-екв/л. Чим вища лужність стічної води, тим вища її буферна ємність, вища стійкість до окислення і залуження, що спостерігається у біологічних процесах амоніфікації, споживання сполук азоту мікроорганізмами, нітрифікації, денітрифікації. У той де час для досягнення питомих значень рН для води з низькою лужністю необхідно менша витрата реагентів.

Розчинений кисень – один із основних санітарних показників стану водойми. Концентрація кисню значною мірою визначає напрям і швидкість процесів хімічного і біологічного окислення органічних і неорганічних сполук. Мінімальний вміст розчиненого О2, що забезпечує нормальний розвиток риб, складає близько 5 мг/л. Зниження його до 2 мг/л викликає масову загибель риби.

Найбільш часто для оцінки показника загальної забрудненості стічних вод органічними сполуками використовуються показники ХПК і БПК.

ХПК – хімічна потреба у кисні – величина, що визначається за методикою, при якій речовини, присутні у стічних водах, хімічно окисляються 0,25 % К2Сг2О7 при кип’ятінні проби протягом 2 годин у розчині Н2SO4 з об’ємною часткою 50 %. Для повноти окислення органічних сполук у таких умовах застосовується каталізатор – Ag2SO4. Більшість органічних сполук у таких умовах окислюється до H2O і CO2, однак ряд сполук (піридин, бензол і його гомологи, нафталін. три метиламін) у цьому режимі окислюється не повністю. Величину ХПК виражають у перерахунку на вміст кисню, наприклад у мг О2/л, тобто споживання біхромату чи перманганату калію переводять у еквівалентне споживання кисню (та кількість кисню, що було б необхідне для окислення киснем органічних речовин, що міститься у 1 л води).

Теоретичне значення ХПК при окисленні сполук CxHyOzN можна розрахувати за наступними рівняннями (2.1, 2.2):

C
  1   2   3   4

скачати

© Усі права захищені
написати до нас