Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Резервуар для активного ила на очистных сооружениях Beckton , Великобритания - белые пузыри возникают из-за системы аэрации диффузным воздухом

Процесс с активным илом представляет собой тип процесса очистки сточных вод для очистки сточных вод или промышленных сточных вод с использованием аэрации и биологического хлопка, состоящего из бактерий и простейших .

Общая схема процесса с активным илом для удаления углеродсодержащих загрязнений включает в себя следующие элементы: Бак аэрации, в который в смешанный щелок вводится воздух (или кислород). За этим следует отстойник (обычно называемый «окончательный отстойник» или «вторичный отстойник»), позволяющий биологическим хлопьям (слой ила) осесть, тем самым отделяя биологический отстой от чистой очищенной воды.

Цель [ править ]

Обобщенная схематическая диаграмма процесса активного ила.
Добавление (посев) активного ила в опытный мембранный биореактор в Германии
Активный ил под микроскопом

На очистных сооружениях сточных вод (или промышленных сточных вод) процесс активированного ила представляет собой биологический процесс, который может использоваться для одной или нескольких из следующих целей: окисление углеродистого биологического вещества , окисление азотистого вещества: в основном аммония и азота в биологическом веществе, удаление питательные вещества (азот и фосфор).

История [ править ]

Лабораторные работы Davyhulme сточных вод , где процесс активного ила был разработан в начале 20 - го века.

Процесс с активным илом был открыт в 1913 году в Соединенном Королевстве двумя инженерами, Эдвардом Ардерном и У.Т. Локеттом, [1] которые проводили исследования для отдела рек Манчестер Корпорейшн на канализационном заводе в Давихалме . Это развитие привело к, пожалуй, самым значительным улучшениям в области здравоохранения и окружающей среды в течение столетия.

В 1912 году доктор Гилберт Фаулер , ученый из Манчестерского университета , наблюдал эксперименты, проводившиеся на экспериментальной станции Лоуренса в Массачусетсе, по аэрации сточных вод в бутылке, покрытой водорослями. Коллеги-инженеры Фаулера, Ардерн и Локетт [1], экспериментировали с очисткой сточных вод в реакторе с наполнением и наполнением , который производил сильно очищенные сточные воды. Они непрерывно аэрировали сточные воды около месяца и смогли добиться полной нитрификации материала пробы. Считая, что ил был активирован (аналогично активированному углю ), процесс был назван активным илом.. Лишь намного позже стало понятно, что на самом деле произошло средство для концентрации биологических организмов, разделив время удерживания жидкости (в идеале, низкое для компактной системы очистки) от времени удерживания твердых частиц (в идеале, довольно высокое, для сточных вод. с низким содержанием БПК 5 и аммиака.)

Их результаты были опубликованы в их основополагающей статье 1914 года, а первая полномасштабная проточная система была установлена ​​в Вустере два года спустя. После Первой мировой войны новый метод лечения быстро распространился, особенно в США, Дании , Германии и Канаде . К концу 1930-х годов обработка активного ила стала широко известным процессом биологической очистки сточных вод в тех странах, где канализационные системы и очистные сооружения были обычным явлением. [2]

Описание процесса [ править ]

В этом процессе используются аэробные микроорганизмы, которые могут переваривать органические вещества в сточных водах и при этом собираться вместе (путем флокуляции ). Таким образом образуется жидкость, относительно свободная от взвешенных твердых частиц и органического материала, а также флокулированных частиц, которые легко осаждаются и могут быть удалены. [3]

Общая схема процесса удаления активированного ила углеродсодержащего загрязнения включает следующие элементы:

  • Бак аэрации, куда в смешанный щелок вводится воздух (или кислород).
  • Отстойный резервуар (обычно называемый «окончательный отстойник» или «вторичный отстойник»), позволяющий биологическим хлопьям (слой ила) осесть, тем самым отделяя биологический отстой от чистой очищенной воды.

Обработка азотистых веществ или фосфатов включает дополнительные этапы, на которых процессами управляют для создания бескислородной зоны, так что фосфаты могут растворяться в восстановительной среде, а оксиды азота могут восстанавливаться до иона аммония .

Биореактор и окончательный осветлитель [ править ]

Процесс включает в себя введение воздуха или кислорода в смесь очищенных и предварительно очищенных сточных вод или промышленных сточных вод ( сточных вод ) в сочетании с организмами для образования биологического хлопка, который снижает содержание органических веществ в сточных водах . Этот материал, который в здоровом шлама является коричневыми флками, в основном состоит из сапротрофных бактерий , но также играет важное простейшее флоры компонента в основном состоит из амебы , Spirotrichs , Peritrichs включая Vorticellidsи ряд других фильтрующих видов. К другим важным составляющим относятся подвижные и сидячие коловратки . В плохо управляемом активном иле, диапазон слизистых нитчатых бактерий может развиваться - в том числе Sphaerotilus плавающего , Gordonia , [4] и другие микроорганизмы - которые производят шлам , который трудно оседают и может привести к илу сливания над на водосливах в резервуар-отстойник, чтобы сильно загрязнить качество конечных стоков. Этот материал часто называют грибком из сточных вод, но настоящие грибковые сообщества относительно редки.

Комбинация сточных вод и биологической массы широко известна как смешанный щелок . На всех заводах по производству активного ила после того, как сточные воды прошли достаточную очистку, избыток смешанного раствора сбрасывается в отстойники, а обработанный супернатант сливается для дальнейшей обработки перед сбросом. Часть осажденного материала, ила , возвращается в головку системы аэрации для повторного посева сточных вод, поступающих в резервуар. Эта фракция хлопьев называется возвратным активным илом (RAS).

Пространство, необходимое для установки для обработки сточных вод, можно уменьшить, используя мембранный биореактор для удаления некоторого количества сточных вод из смешанного раствора перед обработкой. В результате образуются более концентрированные отходы, которые затем можно обрабатывать с использованием процесса активного ила.

На многих очистных сооружениях используются насосы с осевым потоком для перекачки нитрифицированной смешанной жидкости из зоны аэрации в аноксическую зону для денитрификации. Эти насосы часто называют насосами для внутренней рециркуляции смешанной жидкости (насосы IMLR). Неочищенные сточные воды, УЗВ и нитрифицированная смешанная жидкость смешиваются погружными миксерами в бескислородных зонах для достижения денитрификации.

Производство осадка [ править ]

Активный ил - это также название, данное активному биологическому материалу, производимому заводами по производству активного ила. Избыточный ил называется «избыточным активным илом» или «отработанным активным илом» и удаляется из процесса обработки, чтобы поддерживать баланс между биомассой и пищей, поступающей в сточные воды. Этот осадок сточных вод обычно смешивается с первичным илом от первичных отстойников и подвергается дальнейшей обработке ила, например, путем анаэробного сбраживания с последующим сгущением, обезвоживанием, компостированием и внесением в почву .

Количество осадка сточных вод, образующегося в процессе производства активного ила, прямо пропорционально количеству очищенных сточных вод. Общее образование ила состоит из суммы первичного ила из первичных отстойников, а также отработанного активного ила из биореакторов. Процесс активного ила производит около 70–100 кг / мл отработанного активного ила (то есть килограмм сухих веществ, произведенных на мл очищенных сточных вод; один меглитр (ML) равен 10 3 м 3 ). Типичным считается значение 80 кг / мл. [5] Кроме того, около 110–170 кг / мл первичного ила производится в первичных отстойниках, которые используются в большинстве, но не во всех конфигурациях процесса активного ила. [5]

Управление процессом [ править ]

Общий метод контроля процесса заключается в мониторинге уровня поверхностного слоя ила, SVI (индекс объема ила), MCRT (среднего времени пребывания клеток), F / M (пищи для микроорганизмов), а также биоты активного ила и основных питательных веществ DO ( Растворенный кислород ), азот , фосфаты , БПК ( биохимическая потребность в кислороде ) и ХПК ( химическая потребность в кислороде ). В системе реактор / аэратор и осветлитель толщина слоя ила измеряется от дна осветлителя до уровня осевших твердых частиц в водной толще осветлителя; на крупных растениях это можно делать до трех раз в день.

SVI - это объем осевшего ила в миллилитрах, занимаемый 1 г сухих твердых частиц ила после 30 минут осаждения в градуированном цилиндре на 1000 мл. [6] [7] MCRT - это общая масса (фунты) взвешенных твердых частиц смешанного щелока в аэраторе и осветлителе, деленная на массовый расход (фунты / день) взвешенных твердых частиц смешанного щелока, выходящего в виде WAS и конечных стоков. [6] [7] F / M - это соотношение пищи, скармливаемой микроорганизмам каждый день, к массе микроорганизмов, находящихся в условиях аэрации. В частности, это количество БПК, подаваемого в аэратор (фунты / день), деленное на количество (фунты) летучих взвешенных твердых веществ смешанного раствора.(МЛВСС) под аэрацией. Примечание. В некоторых справочных материалах для удобства используется MLSS (взвешенные твердые вещества в смешанных растворах), но MLVSS считается более точным для определения количества микроорганизмов. [6] [7] Опять же, из соображений целесообразности, вместо BOD обычно используется COD, поскольку BOD требуется пять дней для получения результатов.

Основываясь на этих методах контроля, количество осевших твердых частиц в смешанном растворе можно изменять, выбрасывая активный ил (WAS) или возвращая активный ил (RAS). [ необходима цитата ]

Есть множество типов установок по производству активного ила. [1] К ним относятся:

Упаковочные растения [ править ]

Существует широкий спектр типов заводов по упаковке, часто обслуживающих небольшие сообщества или промышленные предприятия, которые могут использовать гибридные процессы очистки, часто включающие использование аэробного осадка для очистки поступающих сточных вод. На таких заводах можно не проводить первичный этап обработки отстоя. В этих растениях создается биотический флок, обеспечивающий необходимый субстрат. Упаковочные установки проектируются и производятся специализированными инженерными фирмами, размеры которых позволяют транспортировать их к месту работы по дорогам общего пользования, как правило, шириной и высотой 12 на 12 футов. Длина варьируется в зависимости от производительности, при этом более крупные установки изготавливаются частями и свариваются на месте. Сталь предпочтительнее синтетических материалов (например, пластика) из-за ее прочности.

Упаковочные установки обычно представляют собой варианты расширенной аэрации , чтобы продвигать подход «установил и забыл», необходимый для небольших сообществ без специального рабочего персонала. Существуют различные стандарты, помогающие при их разработке. [8] [9] [10]

Чтобы использовать меньше места, обрабатывать сложные отходы и прерывистые потоки, был разработан ряд конструкций гибридных очистных сооружений. Такие установки часто объединяют не менее двух этапов из трех основных этапов обработки в один комбинированный этап. В Великобритании, где большое количество очистных сооружений обслуживает небольшие группы населения, заводы по упаковке являются жизнеспособной альтернативой строительству крупных сооружений для каждой стадии процесса. В США заводы по упаковке обычно используются в сельской местности, на остановках для отдыха на шоссе и на стоянках для трейлеров. [11]

Окислительная канава [ править ]

В некоторых районах, где имеется больше земли, сточные воды обрабатываются в больших круглых или овальных канавах с помощью одного или нескольких горизонтальных аэраторов, обычно называемых щеточными или дисковыми аэраторами, которые перемещают смешанный раствор вокруг канавы и обеспечивают аэрацию. [1] Это окислительные канавы, часто называемые торговыми марками производителя, такими как Pasveer, Orbal или Carrousel. У них есть преимущество в том, что их относительно легко поддерживать и они устойчивы к ударным нагрузкам, которые часто возникают в небольших населенных пунктах (например, во время завтрака и вечером).

Окислительные канавы обычно устанавливаются по технологии «установил и забыл», с типичными проектными параметрами: время гидравлического удерживания от 24 до 48 часов и возраст осадка от 12 до 20 дней. Это можно сравнить с установками нитрифицирующего активного ила, у которых время удерживания составляет 8 часов, а возраст ила составляет 8–12 дней.

Глубокий вал / Вертикальная обработка [ править ]

Если земли не хватает, сточные воды могут быть обработаны путем закачки кислорода в поток возвратного ила под давлением, который вводится в основание глубокого столбчатого резервуара, закопанного в землю. Такие шахты могут иметь глубину до 100 метров и заполняться сточными водами. По мере подъема сточных вод кислород, вытесняемый в раствор давлением у основания вала, вырывается наружу, поскольку молекулярный кислород является высокоэффективным источником кислорода для биоты активного ила. Поднимающийся кислород и нагнетаемый возвратный ил обеспечивают физический механизм смешивания сточных вод и ила. Смешанный ил и сточные воды декантируются на поверхность и разделяются на компоненты надосадочной жидкости и ила. Эффективность глубокой обработки вала может быть высокой.

Поверхностные аэраторы обычно имеют эффективность аэрации 0,5 - 1,5 кг O 2 / кВт · ч, диффузионную аэрацию - 1,5 - 2,5 кг O 2 / кВт · ч. Deep Shaft требует 5-8 кг O 2 / кВтч.

Однако затраты на строительство высоки. Deep Shaft получил наибольшее распространение в Японии [12] из-за проблем с земельными участками. Deep Shaft был разработан ICI как побочный продукт процесса Pruteen . В Великобритании он обнаружен на трех участках: Тилбери, Англия, вода, очистка сточных вод с большим промышленным вкладом; [13] Саутпорт, United Utilities, из-за проблем с земельным пространством; и Биллингем, ICI, снова обрабатывающий промышленные сточные воды, построенный (после шахт Тилбери) компанией ICI, чтобы помочь агенту продавать больше.

DeepShaft - это запатентованный и лицензированный процесс. Лицензиат менялся несколько раз, и в настоящее время (2015 г.) его продает компания Noram Engineering [14] .

Поверхностно-вентилируемые бассейны [ править ]

Типичное основание с поверхностной аэрацией (с использованием плавающих аэраторов с моторным приводом)

В большинстве процессов биологического окисления для очистки промышленных сточных вод используются кислород (или воздух) и микробное воздействие. В резервуарах с поверхностной аэрацией достигается удаление от 80 до 90% БПК при времени удерживания от 1 до 10 дней. [15] Бассейны могут иметь глубину от 1,5 до 5,0 метров и использовать аэраторы с моторным приводом, плавающие на поверхности сточных вод. [15]

В системе аэрируемых бассейнов аэраторы выполняют две функции: они переносят воздух в резервуары, необходимые для реакций биологического окисления, и обеспечивают перемешивание, необходимое для диспергирования воздуха и контакта с реагентами (то есть с кислородом, сточными водами и микробами). . Обычно аэраторы с плавающей поверхностью рассчитаны на подачу количества воздуха, эквивалентного 1,8–2,7 кг O 2 / кВтч . Однако они не обеспечивают такое хорошее перемешивание, как это обычно достигается в системах с активным илом, и поэтому аэрируемые бассейны не достигают того же уровня производительности, что и агрегаты с активным илом. [15]

Процессы биологического окисления чувствительны к температуре, и между 0 ° C и 40 ° C скорость биологических реакций увеличивается с увеличением температуры. Большинство надводных вентилируемых сосудов работают при температуре от 4 ° C до 32 ° C. [15]

Последовательные реакторы периодического действия (SBR) [ править ]

Последовательные реакторы периодического действия (SBR) обрабатывают сточные воды партиями в одном резервуаре. Это означает, что биореактор и окончательный осветлитель разделены не в пространстве, а во временной последовательности. Установка состоит как минимум из двух одинаково оборудованных резервуаров с общим входным патрубком, который может чередоваться между ними. Пока один резервуар находится в режиме отстаивания / декантации, другой выполняет аэрацию и наполнение.

Методы аэрации [ править ]

Рассеянная аэрация [ править ]

Сточные воды сбрасываются в глубокие резервуары с системами аэрации диффузорной решетки, которые крепятся к полу. Они похожи на диффузный воздушный поток, используемый в аквариумах с тропической рыбой, но в гораздо большем масштабе. Воздух прокачивается через блоки, и образовавшаяся завеса пузырьков насыщает раствор кислородом, а также обеспечивает необходимое перемешивающее действие. Если емкость ограничена или сточные воды необычно сильны или их трудно очистить, вместо воздуха можно использовать кислород. Обычно воздух вырабатывается с помощью воздуходувки определенного типа.

Поверхностные аэраторы (конусы) [ править ]

Вертикально установленные трубы диаметром до 1 метра, простирающиеся от основания глубокого бетонного резервуара до уровня чуть ниже поверхности раствора сточных вод. Типичная шахта может быть высотой 10 метров. На поверхностном конце трубка имеет форму конуса со спиральными лопатками, прикрепленными к внутренней поверхности. Когда труба вращается, лопатки раскручивают щелок вверх и из конусов, вытягивая новый щелок сточных вод из дна резервуара. Во многих работах каждая колбочка находится в отдельной ячейке, которую можно изолировать от остальных ячеек, если это необходимо для обслуживания. В некоторых произведениях может быть по два конуса на ячейку, а в некоторых больших произведениях может быть по 4 конуса на ячейку.

Аэрация чистым кислородом [ править ]

Системы аэрации чистого кислородного активированного ила представляют собой реакторы с герметичными резервуарами с крыльчатками поверхностного аэратора, установленными внутри резервуаров на поверхности раздела кислородно-углеродного щелока. Количество захваченного кислорода, или DO (растворенный кислород), можно контролировать с помощью регулятора уровня, отрегулированного водосливом, и клапана подачи кислорода, регулируемого кислородом в отходящем газе. Кислород создается на месте путем криогенной перегонки воздуха, адсорбции при переменном давлении или других методов. Эти системы используются там, где площадь очистных сооружений ограничена и требуется высокая пропускная способность сточных вод, поскольку очистка кислорода требует высоких затрат энергии.

Последние события [ править ]

Новым развитием процесса активного ила является процесс Nereda, который производит гранулированный ил, который очень хорошо оседает (индекс объема ила снижается с 200-300 до 40 мл / г). Создана новая система технологического реактора, чтобы воспользоваться преимуществами этого быстро осаждающегося ила, и она интегрирована в аэротенк, вместо того, чтобы иметь отдельный блок снаружи. [16] Около 30 водоочистных сооружений Nereda во всем мире находятся в эксплуатации, строятся или проектируются, их размер варьируется от 5 000 до 858 000 человеко-эквивалентов. [17]

Проблемы [ править ]

Установки по производству активного ила полностью зависят от источника электропитания для питания аэраторов для передачи осевших твердых частиц обратно на вход аэротенка и, во многих случаях, для перекачки отработанного ила и конечных стоков. На некоторых предприятиях неочищенные сточные воды поднимаются насосами к головным сооружениям, чтобы обеспечить достаточное падение через сооружения, чтобы обеспечить удовлетворительный напор для конечных стоков. Альтернативные технологии, такие как очистка капельным фильтром, требуют гораздо меньше энергии и могут работать только за счет силы тяжести.

Шлам наполнитель может произойти , что делает активный ил трудно оседают и часто оказывает негативное воздействие на конечном качестве сточной воды. Обработка накопления ила и управление установкой во избежание повторения требует квалифицированного руководства и может потребовать штатного персонала на предприятии, чтобы обеспечить немедленное вмешательство. [18]

Сброс токсичных промышленных загрязнений на очистные сооружения, предназначенные в первую очередь для очистки бытовых сточных вод, может вызвать нарушения технологического процесса. [19]

См. Также [ править ]

  • Модель активного ила
  • Аэрированная лагуна
  • Аэробная грануляция
  • Аэробный гранулированный реактор
  • Система аэробной очистки
  • Очистка промышленных сточных вод
  • Перечень технологий очистки сточных вод
  • Мембранный биореактор
  • Вращающийся биологический контактор
  • Накопление осадка
  • Термический гидролиз

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Бейчок, Милтон Р. (1967). Водные отходы нефтяных и нефтехимических заводов (1-е изд.). Компания John Wiley & Sons Ltd. LCCN  67019834 .
  2. ^ Бенидиксон, Джейми (2011). Культура смыва: социальная и правовая история сточных вод . UBC Press. ISBN 9780774841382. Проверено 7 февраля 2013 .
  3. ^ http://www.nesc.wvu.edu/pdf/WW/publications/pipline/PL_SP03.pdf
  4. ^ Oerther DB, де - лос - Рейес, штат Флорида Hernandez M, L Раскин (1999). «Одновременная гибридизация олигонуклеотидного зонда и иммуноокрашивание для обнаружения in situ видов Gordona в активном иле» . FEMS Microbiology Ecology . 29 (2): 129–136. DOI : 10.1111 / j.1574-6941.1999.tb00604.x .
  5. ^ a b Очистка сточных вод: очистка и повторное использование (4-е изд.). Metcalf & Eddy, Inc., Макгроу Хилл, США. 2003. с. 1456 . ISBN 0-07-112250-8.
  6. ^ a b c Работа и контроль с веб-сайта дистанционного обучения по водоснабжению и сточным водам муниципального колледжа Mountain Empire в Вирджинии.
  7. ^ a b c Математика для операторов сточных вод. Архивировано 07 сентября 2012 г. в Wayback Machine.
  8. ^ «Свод правил, потоки и нагрузки-2 , British Water» . Архивировано из оригинала на 2009-03-26 . Проверено 8 сентября 2007 .
  9. Обзор британских и международных стандартов. Архивировано 28 сентября 2007 г., в Wayback Machine.
  10. ^ Британский стандарт BS 6297: 1983
  11. ^ EPA. Вашингтон, округ Колумбия (2000). «Комбинированные заводы». Информационный бюллетень по технологии очистки сточных вод. Документ №. EPA 832-F-00-016.
  12. ^ Проекты с вертикальным валом
  13. ^ Строительство Тилбери
  14. ^ «NORAM VERTREAT ™ (ВЕРТИКАЛЬНОЕ ЛЕЧЕНИЕ)» . Архивировано из оригинала на 2015-07-03 . Проверено 13 августа 2015 .
  15. ^ а б в г Бейчок, MR (1971). «Характеристики поверхностных газированных бассейнов». Серия симпозиумов "Прогресс химического машиностроения" . 67 (107): 322–339. Доступно на веб-сайте CSA Illumina. Архивировано 14 ноября 2007 г. на Wayback Machine.
  16. ^ http://www.thesourcemagazine.org/mark-van-loosdrecht-professor-at-delft-university-of-technology/
  17. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2016-06-10 . Проверено 3 мая 2016 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  18. ^ «Процесс активированного ила» . web.deu.edu.tr . Проверено 27 декабря 2019 .
  19. ^ Saikaly PE, Oerther DB (2011). «Разнообразие доминирующих бактериальных таксонов в активном иле способствует функциональной устойчивости после токсической ударной нагрузки». Микробная экология . 61 (3): 557–567. DOI : 10.1007 / s00248-010-9783-6 . PMID 21153808 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Аэрируемые лагуны с частичным смешиванием (Информационный бюллетень по технологии очистки сточных вод Агентства по охране окружающей среды США )
  • Технология аэрированной лагуны (Линвил Г. Рич, почетный профессор факультета экологической инженерии и науки, Университет Клемсона )