Универзитет Св. „Кирил и Методиј“ - СкопјеМашински Факултет

Семинарска работа по предметот:Отпадни флуиди и пречистителни станици

тема: Секундарно (Биолошко) Пречистување

Ментор Изработиле:доц. Д-р Зоран Марков Дарко Соколовиќ А930

Зоран Силаноски А1061

Цел на секундарното (биолошкото) пречистување

Во пречистителните станици за отпадни флуиди примарен начин за секундарно пречистување е процесот со активна тиња, и тој се користи за следните цели:

– Оксидирање на јагленородни материи – биоразградлива материја– Оксидитење на азотните материи – примарно амониум и азот содржани во биолошки

материи – Отстранување на фосфатот– Отстранување на заробени гасови како јаглерод диоксид, азот и др. – Добивање на ефлуент со низок процент на растворени и суспендирани материи

Процесот

Процесот инволвира воведување на воздух(кислород) во отпадната вода која претходно е помината низ прочистување низ решетки, како и низ примарното пречистување. Во комбинација на кислородот и микроорганизми, органската материја оксидира(микроорганизмите поттикнати од кислородот ги конзумираат органските материи) произведувајќи тиња, со што ефективно се намалува процентот на органски материи во водата т.е. го намалува БПК оптоварувањето на водата. Тињата, доколку е во добра состојба има кафеава боја, и воглавно сотавена од сапротрофични бактерии, но истотака ја содржи важната протозоична флора воглавно составена од амеби, спиротрици, перитрици, вклучувајќи ги Вортицелидите како и многу други врсти на бактерии кои помагаат во биолошкото пречистување. Други важни конституенти се активните и седентарните Ротифери. Во слабо оддржувана активна тиња, различни видови на фламентозни бактерии можат да се развијат, вклучувајќи ја и Sphaerotilus natans, кои придонесуваат да тињата биде проблематична за таложење, и да доведе до септична состојба на тињата што би го загадила ефлуентот.

Во сите реактори со активна тиња, откако водата ќе биде подложена на задоволителен третман, таа продолжува во таложници каде тињата се таложи и потоа се отстранува. Дел од оваа тиња се враќа назад во системот, со цел да го поттикне развивањето на нови бактерии како и во процесот на самото оксидирање на органските материи. Вишокот на активна кој се отстранува влијае на односот на биомаса и органска материја, кој е познат за секоја пречистителна станица. Вишокот на активна тиња се складува во посебни резервоари каде во аеробни или анаеробни услови се разградува. Во поново време вишокот на тиња се користи за производство на био-гас.

Во многу пречистителни станици се користат аксијално проточни пумпи за пренос на нитрифицираната вода од аерациони резервоари до аноксичната зона каде се денфифицира водата. За да настане денитрификација, отпадната вода заедно со повратната тиња, и водата веќе подложена на нитрификација се носат во аноксични резервоари со помош на потопени миксери.

Историја

Процесот на пречистување со активна тиња е откриен во 1913 од двајца британски инженери по име Едвард Ардерн и В. Т. Локет, за време на нивното истражување во Manchester Corporation Rivers Department како дел од Davyhulme Sewage Works. Се мисли дека Др Г. Фаулер е воглавно заслужен за пронаоѓање на процесот со активна тиња, иако голема заслуга имаат и претходно спомнатите британски инженери. Во нивно време се екпериментирало со празни-полни реактори (претходник на денешните Наизменични пакетни системи) кои дале многу добри резултати. Тие верувале дека тињата била активирана (аналогија со активен јаглен) па затоа процесот бил наречен активна тиња, иако многу подоцна се утврдило што всушност се случува во тој процес.

Генерализирана шема на процес на пречистување со активна тиња

Конфигурација

Генералната шема на поцес на пречистување со активна тиња за отстранување на јаглеродните органски загадувачи вклучува:

– Аерационен резервоар, каде воздух(кислород) е инјектиран во отпадната вода– Таложен резервоар (секундарен таложник), каде се дава доволно време да производот на

процесот (тињата) се наталожи и отстрани, одвојувајќи ги органските загадувачи од чистата третирана вода

Типови на пречистителни станици со активна тиња

Компактни постројки

Постојат многу видови на компактни пречистителни станици наменети за мали заедници, каде волуменот и потребите за пречистување на отпадните флуиди е мала. Овие станици претежно се конструираат да немаат потреба од активен персонал кој ќе ги управува. Во овие постројки често примарно таложење нема. Најчесто користат хибридни методи за пречистување, но често содржат процес на активна тиња.

Компактна пречистителна станица во Кина

Длабоки шахти

Во високо населени земји, каде големи површини на земја потребни за квалитетно пречистување на отпадните води се во недостиг (Јапонија и некои др земји), се употребуваат пречистителни станици со активна тиња тип длабоки шахти. Ваквите шахти можат да бидат длабоки и до 100 метри, каде воздух под притисок заедно со активна тиња се носи кај дното на шахтата. Ваквите системи се многу аерационо ефикасни. За спореба површинските аератори имаат ефикасност од 0.5-1.5кг О2/kWh, дифузорните аератори 1.5-2.5 О2/kWh, a додека аерацијата кај длабоки шахти има ефикасност од 5-8 кг O2/kWh.

Површински аерирани базени, лагуни

Површински аерирани базени (лагуни) постигнуваат од 80-90% отстранување на БПК со време на задржување од 1-10 дена. Базените варираат во длабочина од 1.5 до 5 метри и користат површински аератори придвижени од електрични мотори. Во вакви базени, површинските аератори имаат двојна функција. Доведуваат кислород во отпадната вода, и ја мешаат самата вода што помага да се дисперзира кислородот и да помогнат во процесот на оксидирање на органската материја.

Методи за аерација

Дифузна аерација

Овој метод се сотои во доведување на кислодор во отпадната вода преку фини мембрански дифузорски системи. Најчесто се поставуваат на дното на длабоки резервоари. Овие системи се исти како системот за доведување на кислород во домашни аквариуми, но во многу поголем размер.

Воздух се пумпа низ системот и се создаваат меурчиња кои ја аеризираат водата, истотака и ја мешаат. Доколку загаденоста на водата е голема, и е надминат капацитетот на системот за аерација, се преминува на користење на кислород. Во најопшт случај воздухот се доведува со помош на компресор или некој друг тип на дувач на воздух.

Млазни аератори (Jet Aerators)

Млазните аератори работат на принцип на аспириациона технологија, и затоа не зависат од некој екстерен извор на воздух (компресор) освен околната атмосфера.

Површински аератори (конуси)

Површинските аератори се вертикално поставени цевки (од околу 1 метар во дијаметар) кои се поставуваат од скоро самото дно, до под површината на водата. Типичен површински аератор има должина од околу 10 метри. Скоро на крајот, цевката завршува со конус со хеликални издадоци поставени на внатрешната страна наа конусот. Кога цевката ротира, хеликалните издадоци ја потискаат водата нагоре и истотака вшмукуваат вода од дното на резервоарот.

Прокапници (Биофилтри)

Прокапници се биолошки филтри кои се состојат од фиксен волумен составен од камења, лава, тресет, чакал, згура, тресет, керамика и др низ кој тече отпадна или канализациска вода сосдавајќи биофилм кој расте на самата површина на филтерскиот медиум. Аеробна состојба се оддржува или со распрскување на отпадната вода, дифузија, или па со принудно доведување на воздух низ самиот волумен на биолошкиот филтер.

Функционирање

Процесот на функционирање на прокапниците инволвира абсорбција и адсорбција на органски материи од слојот на микроорганизми (биофилм). Филтерскиот медиум често се избира да има што е можно поголема површина во однос на неговиот волумен, ефективно креирајќи поголем биофилм – подобро пречистување. Со континуирана употреба био-филмот расте и вишокот се распаѓа и раствара во ефлуенотот. Многу често, после прокапниците се користи секундарен таложник кој го отстранува вишокот тиња.

Третманот со прокапници е еден од најстарите методи за прочистување на канализациска или отпадна вода.

Септични јами

Ова претставува наједноставниот и најстариот метод за отстранување на отпадни води базиран на прокапниците. Типично се состои од цевки закопани во растресита почва (песок). Со самото тоа што системот е закопан под земја, значи дека има недостиг на кислород, што значително го отежнува процесот на оксидација на органските материи. Процесот на пречистување е остварен од природно створениот биофилм.

Конфигурации и компоненти

Сите биолошки филтри се базираат врз истите фундаментални принципи:• Резервоар за ферментација и примарно таложење на цврстите материи• Филтерски медиум каде се носат корисни бактерии (биомаса, биофилм) кои се

поттикнати да размножуваат• Контејнер во кој е сместен филтер медиумот• Дистрибуционен систем кој носи инфлуиент за третман во прокапниот филтер• Дистрибуционен систем за одвод на ефлуентот

Системите можат да бидат конфигурирани да инфлуентот да поминува еднаш низ филтерот (single pass), или па дел од ефлуентот да се враќа повторно во филтерот преку затворен циклус(multi-pass или closed-loop систем). Multi-pass системите резултираат во поголем степен на пречистување и истотака помагаат во отстранувањето на вкупниот азот (Total Nitrogen – TN) со промовирање на нитрификација во аеробниот дел на филтерот, и денитрификација во анаробниот дел во септичниот резервоар.

Биолошките филтри примарно се разликуваат по филтер медиумот кој се користи за задржување на микробиотски култури. Неколку типови на филтер медиум кои најчесто се користат се пластичен матричен медиум, полиуретанска пена со отворени ќелии, рециклирани гуми, песок, чакал, клинкер и др. Идеалниот филтер медиум треба да ја максимизира површината на која се прилепуваат микробиотски организми, да овозможи добар проток на воздух, да има добро време на задржување на инфлуентот, отпорен е на затнување, како и отпорност на деградирање. Некои резиденцијални системи имаат потреба од принудна аерација, што придонесува до поголемите трошоци за оддржување и функционирање.

Регулаторни одобрениа

Голем број независни тела ги имаат испитано прокапните биолошки филтри и биолошките кули донесувајќи заклучек дека се ефективна алтернатива на класичните и заостарени септични системи, со поголем степен на прочистување, и подобрено отстранување на азот. Типични параметри при оценување на ефлуентот се Биолошка Потреба од Кислород (БПК), Total suspended solids (TSS), Total Kjeldahl Nitrogen (TKN), и фекални колиформи.

Типичен систем на биолошки филтер

Третман на индустриски отпадни води со помош на биолошки кули

Употребата на биолошки филтер кули нашла примена при прочистување на отпадни води од различни индустриски процеси. Ваквиот вид на биолошки филтри често се поделени на два типови:

• Големи резервоари или бетонски прегради исполнети со пластична амбалажа или друг медиум.

• Вертикални Кули исполнети со пластична амбалажа или друг медиум.

Достапноста и ниската цена на чинење на пластичната амбалажа нашла примена како медиум кај биолошки филтри во биолошките кули. Некои од ови кули достигнуват висина и од 20м. Првата нивна примена е забележана дури во 1960год кај Great Northern Oil's Pine Bend Refinery in Minnesota; the Cities Service Oil Company Trafalgar Refinery in Oakville, Ontario.

Третираната индустриска вода во вакви биолошки кули често се носи во резервоар таложник каде се отстрануваат тињата (производ на биомасата присутна во биолошката кула) и другите таложливи материи.

Во моментов, најновата технологија кај биолошки филтер кули вклучува принудна аерација преку систем состоен од садови преку кои се инјектира воздух. Најчесто воздухот се доведува во дното на садот.

Ротирачки биолошки филтри

Шематски приказ на типичен ротационен биолошки филтер

Ротирачки билошки филтри се користат за биолошки третман на отпадните флуиди после примарното пречистување. При примарното пречистување од отпадните води се отстрануваат црвстите честици со помош на решетки, како и со помош на примарни таложници во кои се собираат и отстрануваат таложливите материи. Процесот на пречистување со помош на ротирачки биолошки филтри дозволува водата да дојде во контакт со билошки медиум (био-маса) со цел да ги отстранат одредени загадувачи и билошки разградливите материи пред отпадната вода да биде испуштена во средината, во најчест случај река или езеро. Користењето на ротирачки биолошки филтри претстатува секундарен третман. Овие филтри се состојат од блиску поставени, паралелни дискови на заедничко ротирачко вратило. Микроорганизмите растат на поврчината на дисковите каде настанува биолошка деградација на отпадната вода.

Конструкција и функционирање

Ротирачките дискови (медиумот) се поставени на вратило кое ротира (погонувано од електричен мотор) со брзина од 1-3 вртежи во минута. Самите дискови имаат димензии од 3-4м дијаметар и дебелина на дискот од околу 10мм. Најчесто користен материјал како медиум се полиетиленот, ПВЦ како и полистирен. Еден медиум модул е составен од 4-6 дискови. Повеќе медијски модули се поставени во паралела како и/или сериски за да се добие задоволително пречистување (пр. намалување на БПК). Повеќето системи користат минимум 4-5 модули поставено сериски за да постигнат задоволителен процент на пречистување како и задоволителна нитрификација. Самата поставеност на дисковите е таква да 35-40% од нивната површина е потопена во водата во зависност од карактеристиките на отпадната вода. Ваквата конфигурација овозможува контакт на дискот со отпадната вода како и воздухот (кислород) кој е потребен за органското разградување.

Самата брзина на ротација на дисковите овозможува раст на биомаса на површината на дисковите. Како што дискот навлегува во отпадната вода микроорганизмите кои се наогјаат во самата вода се налепуваат на површината на дисковите оформувајќи го био-филмот. Овој филм од биомаса е околу 3-4мм дебел. Овој филм од биомаса ги конзумира органски-разградливите материи кои подоцна во секундарен таложник се наталожуваат и отрстануваат (во форма на тиња). Подоцна кога дел од дискот се наоѓа во атмосферата, присуството на кислород овозможува оддржување на метаболитските процеси во биомасата. Некогаш дури се користи додатна аерација преку цевки поставени во водата под самите филтри.

Степенот на пречистување е директно поврзан со вкупната површина на дисковите како и квалитетот и волуменот на инфлуентот. Ротирачки билошки филтри за прв пат биле инсталирани во Западна Германија во 1960год, а подоцна биле доведени во САД и Канада. Ротирачките биолошки филтри примарно се користат кај биолошки третман на води од идустриско потекло со висока БПК, пр. Нафтената индустрија, прехрамбената индустрија.

Секундарните таложници кои следуваат после ротирачките биолошки филтри во конструкција се идентички како и примарните таложници. Тинњата најчесто се одведува секојдневно, дел како отпад а дел како повратна тиња која се носи во примарните таложници. Навременто отстранување на тињата го намалува ризикот од настанување на анаеробни услови во самата тиња, која подоцна предизвикува кревање на тињата поради ослободување на гасови.

Appendix 1.

Визуелен приказ на некои микроорганизми кои најесто се среќаваат кај биолошките филтри како и кај активната тиња (400х зголемување)

a) A zooflagellate, Bodo sp.

b) A nematode

c) A stalked ciliate: Vorticella sp.

d) A free swimming ciliate: Euplotes sp.

e) A heliozoan amoeba, possibly Actinophrys sp.

Користена литература:

http://en.wikipedia.org/wiki/Activated_sludge

http://en.wikipedia.org/wiki/Rotating_biological_contactor

http://en.wikipedia.org/wiki/Aerated_lagoon

http://rosmarus.com/WtTheory/WtTh_2.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Trickling_filter

„Системи за пречистување на отпадни флуиди“ – Доц. Д-р Зоран Марков