Вторичное лечение

Вторичная очистка - это процесс очистки сточных вод (или сточных вод ) для достижения определенной степени качества сточных вод за счет использования очистных сооружений с физическим разделением фаз для удаления осаждаемых твердых частиц и биологического процесса для удаления растворенных и взвешенных органических соединений. После такой очистки сточные воды можно назвать вторично очищенными сточными водами.

Вторичная очистка - это часть последовательности очистки сточных вод , удаляющая растворенные и коллоидные соединения, измеряемая как биохимическая потребность в кислороде (БПК). Вторичная обработка традиционно применяется к жидкой части сточных вод после того, как первичная очистка удаляет оседающие твердые частицы и плавающий материал. Вторичная обработка обычно проводится местными водными микроорганизмами в контролируемой аэробной среде обитания. Бактерии и простейшие потребляют биоразлагаемые растворимые органические загрязнители (например, сахара , жиры и органические короткоцепочечные молекулы углерода из человеческих отходов,пищевые отходы , мыло и моющие средства) при воспроизведении с образованием клеток твердых биологических веществ. Процессы биологического окисления чувствительны к температуре, и между 0 ° C и 40 ° C скорость биологических реакций увеличивается с температурой. Большинство надводных вентилируемых сосудов работают при температуре от 4 ° C до 32 ° C. ^[1]

Этот небольшой вторичный осветлитель на заводе по очистке сточных вод в сельской местности представляет собой типичный механизм разделения фаз для удаления твердых биологических веществ, образующихся в биореакторе с суспендированным ростком или фиксированной пленкой.

Определения [ править ]

Первичная обработка [ править ]

Первичная очистка сточных вод путем отстаивания в состоянии покоя позволяет отделить плавучие вещества и тяжелые твердые частицы от жидких отходов. Оставшаяся жидкость обычно содержит менее половины исходного содержания твердых веществ и примерно две трети БПК в виде коллоидов и растворенных органических соединений. ^[2] Там, где близлежащие водоемы могут быстро разбавить эти жидкие отходы, первично очищенные сточные воды могут сбрасываться, так что естественное биологическое разложение окисляет оставшиеся отходы. ^[3]

В городе Сан-Диего в 21 веке использовалось разбавление первично очищенных сточных вод Тихого океана. ^[4]

Вторичное лечение [ править ]

Агентство США по охране окружающей среды (EPA) определяется вторичной обработкой на основе производительности наблюдались в конце биореакторов двадцатого века лечащих типичных США муниципальных сточных вод. ^[5] Вторично очищенные сточные воды, как ожидается, будут давать сточные воды со среднемесячным значением БПК менее 30 мг / л и менее 30 мг / л взвешенных твердых частиц . Средние значения за неделю могут быть на 50 процентов выше. Предполагается, что установка по очистке сточных вод, обеспечивающая как первичную, так и вторичную очистку, удалит не менее 85 процентов БПК и взвешенных твердых частиц из бытовых сточных вод. Правила EPA описывают стабилизационные пруды.как обеспечивающая очистку, эквивалентную вторичной очистке, с удалением 65 процентов БПК и взвешенных твердых частиц из поступающих сточных вод и сбросом примерно на 50 процентов более высоких концентраций в сточных водах, чем в современных биореакторах. В нормативных актах также признается сложность соблюдения установленных процентов удаления из комбинированных коллекторов , разбавленных промышленных сточных вод или инфильтрации / притока . ^[6]

Если естественные водные пути слишком малы для быстрого окисления сточных вод, очищенных первично, жидкость можно использовать для орошения ферм, занимающихся очисткой сточных вод, до тех пор, пока стоимость загородной собственности не будет способствовать вторичным методам очистки, требующим меньших площадей. Отложения ледникового песка позволили некоторым городам на северо-востоке США использовать периодическую фильтрацию песком, пока не стали доступны более компактные биореакторы вторичной очистки . ^[7]

Биологическое удаление питательных веществ рассматривается одними инженерами-сантехниками как вторичная обработка, а другими - как третичная обработка. Дифференциация также может отличаться от одной страны к другой.

Третичное лечение [ править ]

Целью доочистки (также называемой «усовершенствованной очисткой») является обеспечение заключительной стадии очистки для дальнейшего улучшения качества сточных вод перед их сбросом в принимающую среду (море, реку, озеро, заболоченные земли, землю и т. Д.). Третичная очистка может включать биологическое удаление питательных веществ (альтернативно, это может быть классифицировано как вторичная обработка), дезинфекция и удаление микрозагрязнителей, таких как стойкие фармацевтические загрязнители окружающей среды .

Нарушения процесса [ править ]

Нарушения технологического процесса - это временное снижение производительности очистных сооружений, вызванное значительным изменением населения в экосистеме вторичной очистки. ^[8] Условия, которые могут вызвать нарушения, включают, например, токсичные химические вещества и необычно высокие или низкие концентрации органических отходов БПК, обеспечивающих пищу для экосистемы биореактора.

Токсичность [ править ]

Отходы, содержащие биоциды в концентрациях, превышающих допустимый уровень экосистемы вторичной обработки, могут убить большую часть одного или нескольких важных видов экосистемы. Снижение БПК, обычно выполняемое этим видом, временно прекращается до тех пор, пока другие виды не достигнут подходящей популяции для использования этого источника пищи, или пока первоначальная популяция не восстановится по мере снижения концентрации биоцида. ^[9]

Разведение [ править ]

Отходы, содержащие необычно низкие концентрации БПК, могут не выдержать вторичную обработку, необходимую для нормальных концентраций отходов. Сокращенное население, пережившее голод, возможно, не сможет полностью использовать имеющийся БПК, когда количество отходов вернется в норму. Разбавление может быть вызвано добавлением больших объемов относительно незагрязненной воды, такой как ливневые сточные воды, в комбинированный коллектор. На небольших очистных сооружениях может наблюдаться разбавление в результате сброса охлаждающей воды, крупных протечек водопровода, тушения пожаров или слива больших бассейнов.

Аналогичная проблема возникает, когда концентрация БПК падает, когда низкий поток увеличивает время пребывания отходов в биореакторе вторичной обработки. Экосистемы вторичной обработки в сообществах колледжей, привыкшие к колебаниям загрузки отходов из-за циклов работы / сна учащихся, могут испытывать трудности после школьных каникул. Системы вторичной очистки, привыкшие к обычным производственным циклам промышленных предприятий, могут испытывать трудности при остановке промышленных предприятий. Популяции видов, питающихся поступающими отходами, первоначально сокращаются по мере уменьшения концентрации этих источников пищи. Сокращение популяции продолжается, поскольку популяции экосистемных хищников конкурируют за сокращающуюся популяцию организмов более низкого трофического уровня . ^[10]

Пиковая загрузка отходов [ править ]

Высокие концентрации БПК изначально превышают способность экосистемы вторичной обработки использовать доступную пищу. Популяции в экосистеме аэробных организмов увеличиваются до тех пор, пока не будут достигнуты ограничения по переносу кислорода биореактора вторичной обработки. Популяции экосистемы вторичной обработки могут сместиться в сторону видов с более низкими потребностями в кислороде, но неспособность этих видов использовать некоторые источники пищи может привести к более высоким концентрациям БПК в сточных водах. Более резкое увеличение концентраций БПК может привести к снижению концентрации кислорода до того, как популяция экосистемы вторичной обработки сможет приспособиться, и вызвать резкое сокращение популяции среди важных видов. Нормальная эффективность удаления БПК не будет восстановлена ​​до тех пор, пока популяции аэробных видов не восстановятся после повышения концентрации кислорода до нормы.

Дизайн для контроля повреждений [ править ]

Меры, обеспечивающие равномерную загрузку сточных вод, снижают вероятность сбоев. Биореакторы вторичной обработки с фиксированной пленкой или прикрепленным к ней ростовым аппаратом аналогичны модели реактора с поршневым потоком, в которой вода циркулирует по поверхностям, заселенным биопленкой , в то время как биореакторы взвешенного роста напоминают реактор непрерывного действия с мешалкой.удержание микроорганизмов во взвешенном состоянии во время обработки воды. За биореакторами вторичной обработки может следовать физическое разделение фаз для удаления твердых биологических веществ из очищенной воды. Продолжительность нарушения работы систем вторичной обработки с фиксированной пленкой может быть больше из-за времени, необходимого для повторного заселения обрабатываемых поверхностей. Экосистемы приостановленного роста могут быть восстановлены из популяции резервуара. Системы рециркуляции активного ила обеспечивают интегрированный резервуар, если вовремя обнаруживаются нарушения условий для принятия корректирующих мер. Рециркуляцию ила можно временно отключить, чтобы предотвратить вымывание ила во время пиковых штормовых потоков, когда разбавление поддерживает низкие концентрации БПК. Системы взвешенного активного ила для выращивания могут работать в меньшем пространстве, чем капельный фильтр с фиксированной пленкойсистемы, очищающие одинаковое количество воды; но системы с фиксированной пленкой лучше справляются с резкими изменениями количества биологического материала и могут обеспечивать более высокие скорости удаления органических материалов и взвешенных твердых частиц, чем системы взвешенного выращивания. ^{[11] : 11–13}

Вариации потока сточных вод можно уменьшить, ограничив сбор ливневых вод канализационной системой и потребовав от промышленных предприятий сбрасывать отходы периодического производства в канализацию в течение определенного промежутка времени, а не сразу после их образования. Сброс соответствующих органических промышленных отходов может быть рассчитан по времени, чтобы поддерживать экосистему вторичной обработки в периоды низкого потока бытовых отходов. ^[12] Системы очистки сточных вод, испытывающие колебания количества отходов в праздничные дни, могут предоставить альтернативные продукты питания для поддержания экосистемы вторичной очистки в периоды сокращения использования. Небольшие предприятия могут приготовить раствор растворимых сахаров. Другие могут найти совместимые сельскохозяйственные отходы, или стимулы утилизации предложения в септик насосных периоды низкого использования.

Типы процессов [ править ]

Существует большое количество процессов вторичной очистки, см. Список технологий очистки сточных вод . Основные из них описаны ниже.

Фильтрующие слои (окислительные слои) [ править ]

На старых установках и на тех, которые подвергаются переменной нагрузке, используются слои капельного фильтра , где осевший щелок сточных вод распределяется по поверхности слоя, состоящего из кокса (карбонизированного угля), известняковой крошки или специально изготовленных пластиковых сред. Такие среды должны иметь большую площадь поверхности, чтобы поддерживать образующиеся биопленки. Щелок обычно распределяется через перфорированные разбрызгиватели. Распределенная жидкость стекает через слой и собирается в дренажные канавы у основания. Эти стоки также являются источником воздуха, который просачивается через кровать, поддерживая ее аэробность. Биопленки бактерий, простейших и грибов образуются на поверхности среды и поедают или иным образом уменьшают содержание органических веществ. ^{[11] : 12}Фильтр удаляет небольшой процент взвешенных органических веществ, в то время как большая часть органических веществ поддерживает размножение микроорганизмов и рост клеток в результате биологического окисления и нитрификации, происходящих в фильтре. Благодаря этому аэробному окислению и нитрификации органические твердые вещества превращаются в биопленку, которую пасут личинки насекомых, улиток и червей, которые помогают поддерживать оптимальную толщину. Перегрузка грядок может увеличить толщину биопленки, что приведет к анаэробным условиям и возможному биологическому забиванию фильтрующих материалов и образованию скоплений на поверхности. ^[13]

Вращающиеся биологические контакторы [ править ]

Вращающиеся биологические контакторы (RBC) представляют собой надежные механические системы вторичной очистки с фиксированной пленкой, способные выдерживать скачки органической нагрузки. RBC были впервые установлены в Германиив 1960 году и с тех пор были разработаны и усовершенствованы в надежные рабочие устройства. Вращающиеся диски поддерживают рост бактерий и микроорганизмов, присутствующих в сточных водах, которые разрушают и стабилизируют органические загрязнители. Чтобы добиться успеха, микроорганизмы нуждаются в кислороде для жизни и в пище для роста. Кислород получается из атмосферы при вращении дисков. По мере роста микроорганизмов они накапливаются в среде до тех пор, пока не оторвутся из-за сил сдвига, создаваемых вращающимися дисками в сточных водах. Затем стоки из эритроцитов проходят через вторичный осветлитель, где измельченные биологические твердые частицы в суспензии оседают в виде осадка. ^[14]

Активированный ил [ править ]

Активный ил - это распространенный метод вторичной обработки взвешенных веществ. Установки по производству активированного ила включают в себя множество механизмов и процессов с использованием растворенного кислорода для стимулирования роста биологических хлопьев, которые существенно удаляют органический материал. ^{[11] : 12–13} Биологический флок - это экосистема живой биоты, которая питается питательными веществами, поступающими из сточных вод первичного осветлителя. Эти растворенные в основном углеродистые твердые вещества подвергаются аэрации, разрушаются и либо биологически окисляются до диоксида углерода, либо превращаются в дополнительные биологические хлопья воспроизводящих микроорганизмов. Растворенные в азоте твердые вещества (аминокислоты, аммиак и т. Д.) Аналогичным образом превращаются в биологические хлопья или окисляются флоком до нитритов., нитраты и, в некоторых процессах, в газообразный азот посредством денитрификации . В то время как денитрификация поощряется в некоторых процессах очистки, денитрификация часто ухудшает осаждение хлопьев, вызывая плохое качество сточных вод на многих установках взвешенной аэрации. Перелив из камеры смешивания активного ила направляется во вторичный осветлитель, где взвешенные биологические хлопья оседают, а очищенная вода переходит на третичную очистку или дезинфекцию. Осевшие хлопья возвращаются в смесительный бассейн для продолжения роста в первичных стоках. Как и в большинстве экосистем, изменения в популяциях биоты активного ила могут снизить эффективность очистки. Nocardia , плавающая коричневая пена, которую иногда ошибочно принимают за грибок сточных вод., является наиболее известным из множества различных грибов и простейших, которые могут перенаселить хлопья и вызвать нарушения технологического процесса. Повышенные концентрации токсичных отходов, включая пестициды, отходы промышленных металлических покрытий или экстремальный pH, могут убить биоту экосистемы реактора с активным илом. ^[15]

Упаковочные установки и последовательные реакторы периодического действия [ править ]

Одним из типов систем, сочетающих вторичную очистку и осаждение, является циклический активный ил (CASSBR) или последовательный реактор периодического действия (SBR). Обычно активный ил смешивается с неочищенными поступающими сточными водами, а затем смешивается и аэрируется. Осевший ил сливается и повторно аэрируется перед тем, как часть возвращается в головное сооружение. ^[16]

Недостатком процесса CASSBR является то, что он требует точного контроля времени, смешивания и аэрации. Эта точность обычно достигается с помощью компьютерного управления, связанного с датчиками. Такая сложная и хрупкая система не подходит для мест, где средства управления могут быть ненадежными, плохо обслуживаемыми или где подача электроэнергии может прерываться. Установки с расширенной аэрацией используют отдельные бассейны для аэрации и отстаивания, и они несколько больше, чем установки SBR, с пониженной временной чувствительностью. ^[17]

Установки в упаковке могут называться высокозаряженными или низко заряженными . Это относится к способу обработки биологической нагрузки. В системах с высокой загрузкой биологическая стадия представляет собой высокую органическую нагрузку, и объединенные хлопья и органический материал затем насыщаются кислородом в течение нескольких часов перед повторной загрузкой новой загрузки. В системе с низким уровнем заряда биологическая стадия содержит низкую органическую нагрузку и длительное время сочетается с флокулятом .

Мембранные биореакторы [ править ]

Мембранные биореакторы (MBR) представляют собой системы активного ила, в которых используется мембранный процесс разделения жидкой и твердой фаз. В мембранном компоненте используются мембраны для микрофильтрации или ультрафильтрации низкого давления, что исключает необходимость во вторичном осветлителе или фильтрации. Мембраны обычно погружаются в аэротенк; однако в некоторых случаях используется отдельный мембранный резервуар. Одним из ключевых преимуществ системы MBR является то, что она эффективно преодолевает ограничения, связанные с плохим осаждением ила в обычном активном иле.(CAS) процессы. Технология позволяет биореактору работать со значительно более высокой концентрацией взвешенных твердых частиц в смешанной жидкости (MLSS), чем в системах CAS, которые ограничены осаждением ила. Процесс обычно выполняется в MLSS в диапазоне 8000–12000 мг / л, а CAS - в диапазоне 2 000–3000 мг / л. Повышенная концентрация биомассы в процессе MBR позволяет очень эффективно удалять как растворимые, так и биоразлагаемые материалы в виде частиц при более высоких скоростях загрузки. Таким образом, увеличенное время удерживания осадка, обычно превышающее 15 дней, обеспечивает полную нитрификацию даже в очень холодную погоду.

Стоимость строительства и эксплуатации MBR часто выше, чем традиционные методы очистки сточных вод. Мембранные фильтры могут быть забиты жиром или истерзаны взвешенными частицами и лишены способности осветлителя пропускать пиковые потоки. Эта технология становится все более популярной для надежно предварительно обработанных потоков отходов и получила более широкое распространение там, где, однако, инфильтрация и приток контролировались, а затраты в течение жизненного цикла неуклонно снижались. Небольшие размеры систем MBR и высокое качество производимых сточных вод делают их особенно полезными для повторного использования воды. ^[18]

Аэробная грануляция [ править ]

Аэробный гранулированный ил может быть сформирован путем применения определенных условий процесса, которые благоприятствуют медленнорастущим организмам, таким как ПАО (организмы, накапливающие полифосфаты) и GAO (организмы, накапливающие гликоген). Другой ключевой частью гранулирования является избирательное удаление отходов, при котором медленно осаждающийся хлопьевидный осадок сбрасывается в виде осадка отходов и сохраняется более быстро осаждающаяся биомасса. Этот процесс был коммерциализирован как процесс Нереда . ^[19]

Лагуны или пруды с поверхностной аэрацией [ править ]

Аэрируемые лагуны - это низкотехнологичный метод вторичной обработки с использованием взвешенных растений, использующий аэраторы с моторным приводом, плавающие на поверхности воды, для увеличения переноса атмосферного кислорода в лагуну и перемешивания содержимого лагуны. Аэраторы с плавающей поверхностью обычно рассчитаны на подачу количества воздуха, эквивалентного 1,8–2,7 кг O 2 / кВт · ч . Аэрированные лагуны обеспечивают менее эффективное перемешивание, чем традиционные системы с активным илом, и не достигают такого же уровня производительности. Глубина бассейнов может составлять от 1,5 до 5,0 метров. В бассейнах с поверхностной аэрацией достигается удаление от 80 до 90 процентов БПК при времени удерживания от 1 до 10 дней. ^[1]Многие небольшие муниципальные канализационные системы в Соединенных Штатах (1 миллион галлонов в день или меньше) используют вентилируемые лагуны. ^[20]

Построенные водно-болотные угодья [ править ]

Сточные воды первичного осветлителя сбрасывались непосредственно в естественные эвтрофные водно-болотные угодья на протяжении десятилетий, прежде чем экологические нормы не одобряли эту практику. При наличии подходящей земли можно построить стабилизационные пруды с построенными экосистемами водно-болотных угодий для проведения вторичной очистки отдельно от естественных водно-болотных угодий, получающих вторично очищенные сточные воды. Построенные водно-болотные угодья больше напоминают стационарные пленочные системы, чем подвесные системы выращивания, поскольку естественное перемешивание минимально. При проектировании водно-болотных угодий используются предположения о поршневом потоке для расчета времени пребывания, необходимого для обработки. Однако закономерности роста растительности и отложения твердых частиц в экосистемах водно-болотных угодий могут создавать предпочтительные пути потока, которые могут сократить среднее время пребывания. ^[21]Измерение эффективности очистки водно-болотных угодий затруднено, потому что большинство традиционных измерений качества воды не могут различить загрязнители сточных вод и биологическую продуктивность водно-болотных угодий. Для демонстрации эффективности лечения могут потребоваться более дорогие анализы. ^[22]

Новые технологии [ править ]

• Биологический аэрированный (или аноксический) фильтр (БАФ) или биофильтры сочетают фильтрацию с биологическим сокращением углерода, нитрификацией или денитрификацией. БАФ обычно включает реактор, заполненный фильтрующим материалом. Материал либо находится во взвешенном состоянии, либо поддерживается слоем гравия у основания фильтра. Двойная цель этой среды - поддерживать прикрепленную к ней высокоактивную биомассу и фильтровать взвешенные твердые частицы. Уменьшение углерода и преобразование аммиака происходит в аэробном режиме и иногда достигается в одном реакторе, в то время как преобразование нитрата происходит в бескислородном режиме. BAF работает в конфигурации с восходящим или нисходящим потоком, в зависимости от конструкции, указанной производителем. ^[23]
• Интегрированный активированный ил с фиксированной пленкой
• Биопленочные реакторы с подвижным слоем обычно занимают меньше места, чем системы с приостановленным выращиванием. ^[24]

См. Также [ править ]

• Перечень технологий очистки сточных вод
• Санитария

Источники [ править ]

• Эббетт, Роберт В. (1956). Американская практика гражданского строительства . II . Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья.
• Американское общество инженеров-строителей; Федерация по контролю за загрязнением воды (1959). Проектирование очистных сооружений . Нью-Йорк: Американское общество инженеров-строителей и Федерация по контролю за загрязнением воды.
• Ярмарка, Гордон Маскью; Гейер, Джон Чарльз; Окунь, Даниэль Александр (1968). Водоснабжение и водоотведение . 2 . Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья.
• Совет государственных инженеров-сантехников Великих озер и Верхней Миссисипи (1971 год). Рекомендуемые стандарты для канализационных работ (пересмотренное издание 1971 г.). Олбани, Нью-Йорк: Служба санитарного просвещения.
• Хаммер, Марк Дж. (1975). Водоснабжение и водоотведение . Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. ISBN 0-471-34726-4.
• Кинг, Джеймс Дж. (1995). Экологический словарь (третье изд.). Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. ISBN 0-471-11995-4.
• Линсли, Рэй К .; Францини, Джозеф Б. (1972). Инженерия водных ресурсов (Второе изд.). Нью-Йорк: Книжная компания Макгроу-Хилл.
• Меткалф; Эдди (1972). Очистка сточных вод . Нью-Йорк: Книжная компания Макгроу-Хилл.
• Рид, Шервуд С .; Миддлбрукс, Э. Джо; Критики, Рональд В. (1988). Природные системы управления и обработки отходов . Нью-Йорк: Книжная компания Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-051521-2.
• Сталь, EW; МакГи, Теренс Дж. (1979). Водоснабжение и канализация (Пятое изд.). Нью-Йорк: Книжная компания Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-060929-2.
• Уркхарт, Леонард Черч (1959). Справочник по гражданскому строительству (Четвертое изд.). Нью-Йорк: Книжная компания Макгроу-Хилл.

Ссылки [ править ]