Химическая очистка сточных вод: Очистка сточных вод промышленных предприятий. Промстоки

Содержание

Очистка сточных вод промышленных предприятий. Промстоки

Большое количество водных ресурсов потребляют химическая и целлюлозно-бумажная отрасли промышленности, а также черная и цветная металлургия. Большая часть стоков в последствие сбрасывается в водоемы, поэтому вопрос очистки промышленных сточных вод предприятий стоит особенно остро.

Вода является основой для формирования экосистемы. Это фундамент, который создает среду для обитания и роста микроорганизмов, растений, животных. Увеличение числа и площади городов, развитие энергетики, отрасли животноводства, а также естественные потребности населения приводят к стремительному росту потребления жидкости.

Производственные (промышленные) сточные воды

Серьезную угрозу представляют разнообразные химические вещества, повсеместно применяемые в современном производстве. Регулярное развитие производственных процессов проблему загрязненности делает глубже, оно приводит к изменению строения стоков, что вызывает необходимость в разработке новых и улучшению действующих методик чистки.

Замкнутый водооборотный цикл способен решить этот вопрос. Но это требует дополнительных разработок уникальных схем и аппаратов, а также больших финансовых затрат. Перспективным направлением в изобретении новых технологий считается разработка деструктивных способов. В их основе лежит глубокое превращение органических веществ. Окислительно-восстановительные реакции, активированные различными физико-химическими реагентами, позволяют обеспечивать полное разрушение трудноокисляемых органических материалов и переводить их в легкоокисляемые соединения.

Существует два главных направления изучения и развития процесса обеззараживания стоков:

  1. Разработка принципиально новых приемов глубокой очистки с использованием физико-химических способов и сочетания их с биологической очисткой
  2. Разработка приемов доочистки, обеспечивающих повышение эффективности существующих методов удаления загрязнений

Промышленные стоки состоят из отработанных растворов, производственных и промывных вод, жидкостей охлаждающих систем, химводоочистки от мытья оборудования и производственных помещений, а также от очистки и транспортировки отходов. Из-за большого разнообразия содержащихся в них загрязнений актуальным является выделение и анализ групп, состав которых определяет необходимость и эффективность применения коагулянтов и флокулянтов. Концентрация, как и состав загрязнений на всех предприятиях различный. Он зависит от вида промышленности и режима работы, частоты залповых сбросов и потребления воды на любые нужды, вида сырья и способов утилизации отходов.

Стоки разделяют по видам загрязнений:

  • предприятий тяжелой металлургической промышленности и производств минеральных удобрений
  • пищевой, микробиологической и целлюлозно-бумажной промышленности
  • нефтехимической и фармацевтической промышленности

По общему содержанию загрязняющих компонентов производственные сточные воды делятся на слабо концентрированные – до 500мг/л, средне концентрированные – от 500 до 5000 мг/л, концентрированные – от 5 000 до 30 000мг/л, высоко концентрированные – более 3 0000мг/л.

С учетом области и технологии применения коагулянтов и флокулянтов выделяют два класса сточных вод:

  • с твердой дисперсной фазой
  • с жидкой дисперсной фазой

В отдельные группы выделены стоки, которые кроме дисперсных твердых или жидких загрязнений дополнительно содержат поверхностно-активные и растворенные ионогенные вещества.  

ОСОБЕННОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ

Промстоки характеризуются широким разнообразием загрязнителей, которые находятся во взвешенном или растворенном состоянии.

Они образуются во многих технологических процессах, при охлаждении аппаратов или при транспортировании сырья и т.д. Состав зависит от компонентов, промежуточных изделий и продуктов, выпускаемой продукции, состава исходной водопроводной воды и сырья, местных условий и так далее. Он имеет большой диапазон колебаний физико-химических показателей. Это требует индивидуального подхода при выборе способа их очистки. В случае применения на предприятии оборотного водоснабжения, количество производственных грязных жидкостей снижается, а количество загрязняющих веществ увеличивается. Сточные воды образуются в результате работы столовых, прачечных и душевых. Расход зависит от режима работы предприятия, от технологических процессов и от количества рабочих на данном предприятии.

При проектировании необходимо учитывать не только суточное количество стоков, но также и режим их поступления по часам в сутки (часовой график притока).

Схема очистки промстоков

Обозначения: 1. Установка нейтрализации 2.Приемная камера 3.Флотатор трехступенчатый 4.Сгуститель флотошлама 5.Жиросборник 6. Насос импеллерный 7. Фильтр обезвоживания 8. Установка дегельминтизации 9.Пластиковый контейнер 10.Распредкамера 11.Блок биологической очистки 12.Блок илоуплотнителя 13.Воздуходувка 14.Смеситель 15.Блок доочистки 16.УФ-обеззараживатель 17.Установка техничсекого водоснабжения 18.Установка промывки 19.Реагентная установка

На ряде производств происходят залповые поступления высококонцентрированных и высокотоксичных стоков, при этом частота сброса может быть один раз за смену, в сутки, в неделю. Следует учитывать графики суточного колебания состава сточных вод по основным физико-химическим показателям и по специфическим загрязняющим компонентам (поверхностно-активным, токсичным, ядовитым и радиоактивным веществам). Особенность технологии различных производств требует в ряде случаев учитывать режим притока сточных вод не только в течение суток, но и по месяцам или сезонам года. В основном это спиртовые, сахарные, консервные и первичного виноделия заводы.

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ПРОМСТОКОВ

Сейчас применяются самые разнообразные способы. Но самое главное место отведено биологическим, так как это деструкция чуждых соединений, осуществляемая реагентным или безреагентным способом. Значительная часть углерода органических соединений в результате такой деструкции переводится в углекислоту и в живые клетки бактерий, которые сами по себе уже безвредны и часто даже полезны окружающей среде, так как могут быть источником всех питательных элементов, необходимых почве.

Важно, что биологическая очистка происходит при небольших затратах энергии на массовую единицу удаляемых веществ. С развитием технологий производства и внедрением новых процессов требования к очистке регулярно повышают.

Ответьте на 5 вопросов и получите ТКП

Ответьте на 5 вопросов и получите ТКП на очистные сооружения и гарантированную скидку

Современные технологии обеспечивают удаление биогенных элементов и полностью решают проблему утилизации осадков. Извлечение загрязнений обычно представляет собой комбинацию двух основных вариантов обработки:

  • без изменения первоначальной химической структуры
  • с изменением первоначальной химической структуры

Экономическое сравнение методов химического и биологического окисления чаще бывает в пользу последнего, так как оно характеризуется более низкими энергетическими затратами, которые возрастают при физико-химическом окислении. При создании схемы очистки сточных вод химического предприятия необходимо предусмотреть доочистку после прохождения физико-химической обработки.

Одним из эффективных путей уменьшения количества промышленных стоков, сбрасываемых в водоемы, является повторное использование отработанных сточных вод после их очистки на тех же технологических операциях, или для производственных нужд в других цехах данного предприятия. Не менее эффективно уменьшение расхода воды на единицу обрабатываемого сырья или выпускаемой продукции. Для усреднения качественного состава, а также снятия пиковых нагрузок часто применяют усредняющие емкости. Они оборудуются перемешивающими устройствами и насосными установками для перекачки стоков на очистку. Помимо биологического могут применяться механические, физические, физико-химические, электроосаждение и другие способы.

ОЧИСТКА ПРОМСТОКОВ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Наиболее совершенным и действенным способом является физико-химическая очистка. Все методы делят на четыре основные группы:

  • основанные на выделении примесей
  • основанные на превращении
  • деструкции примесей
  • биохимические

Первый способ основан на выделении примесей и протекает без изменения физико-химических свойств веществ. Он осуществляется: отстаиванием, процеживанием, флотацией, фильтрованием. Особая роль в этой группе принадлежит мембранной технологии: микрофильтрации, ультрафильтрации, обратному осмосу, диализу. Им отдается предпочтение при разработке малоотходных технологических процессов с замкнутыми системами водопользования, например: линий никелирования, хромирования, кадмирования. Они позволяют получать условно-чистую воду, пригодную для повторного использования в технологии. Методы второй группы основаны на физико-химическом превращении веществ в менее токсичные или легко извлекаемые. Она включает в себя реагентную обработку, электролиз, озонирование, хлорирование, ионный обмен. На основе этих способов могут быть реализованы как прямоточные, так и оборотные системы водопользования.

Биохимические методы составляют особую группу, основанную на окислении загрязнений, чаще всего органического характера. Окончательный выбор технологии очистки стоков гальванических производств решается на основании технологических и экономических требований, т.е. технико-экономического анализа.

Все технологические системы водопользования гальванических предприятий могут быть разделены на прямоточные, оборотные, замкнутые, основанные на глубокой очистке и повторном использовании воды в процессе.

В случае выделения и утилизации загрязняющих солей, технология относится к малоотходным или безотходным. Как уже отмечалось ранее, малоотходные и безотходные технологии подразумевают помимо возврата очищенной воды выделение и утилизацию ценных примесей. Решение такой задачи на централизованных очистных станциях осложняется многокомпонентностью загрязняющих веществ, утилизация которых затруднительна, а иногда и практически невозможна.

ЛОКАЛЬНЫЕ ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ (ЛОС)

Предназначены для предотвращения сброса промышленных сточных вод в коммунальные системы водоотведения и в конечном итоге на сооружения биоочистки, для обеспечения деструкции трудноокисляемых или неокисляемых загрязнений.

Для очистки от различных видов растворенных органических и неорганических веществ используются физико-химические методы, такие как адсорбция, мембранная сепарация, ионный обмен. Химические — восстановление, реагентное осаждение. ЛОС обычно базируются на физико-химических методах.

Преимуществами этих методов являются:

  • возможность очистки среды до требуемых показателей практически от всех видов загрязнений, различающихся как по химическому, так и по фазово-дисперсному составу
  • высокая эффективность очистки как в непрерывном, так и в периодическом режиме работы, быстрота и простота вывода системы промышленных очистных сооружений на заданные технологические параметры
  • технологическая гибкость системы при изменении показателей или требований к качеству очистки
  • возможность полной автоматизации и диспетчеризации технологического процесса

Чистим промышленные сточные воды

Одним из направлений работы компании Агростройсервис является решение задач по очистке промышленных сточных вод. Удачными примерами является выполнение проектов по очистке стоков для ООО «Башкирская стекольная компания», ООО АПК «Программа» и ООО Спиртовой завод «Кемлянский».

 

ООО «Башкирская стекольная компания» обратилась к нам с запросом очистки стоков 100 м3/сут. образующихся при мойке стекла и инструментов для его обработки.

Состав загрязнений

№ п/п

Наименование позиций

Ед. изм.

Сточные воды

Перед поступлением на контактные осветлители

После очистки

на контактных осветлителях

1

Взвешенные вещества

мг/дм3

220

не более 153,0

2

рН

 

6,5-8,5

6,5-8,5

3

Температура

10-30

10-30

Природа загрязнений — это стеклянный шлам различных фракций. Поэтому для выделения из сточных вод механических примесей была реализована следующая система очистки:

  • выделение грубодисперсных включений на отстойнике каскадного типа
  • обработка сточных вод рабочими растворами коагулянта и флокулянта
  • удаление мелкодисперсных нерастворенных в воде веществ

Установка очистных сооружений

Реализация данной системы очистки позволила вернуть воду в производственный цикл с минимальными потерями, что дало ощутимую экономию водопотребления.

ООО Спиртовой завод «Кемлянский» вырабатывал в производственном процессе 200 м3/сут. сточных вод.

Состав загрязнений

№ п/п

Наименование позиций

Ед. изм.

Сточные воды

Перед поступлением на контактные осветлители

После очистки

 

1

Температура

15,0-30,0

15,0-30,0

2

рН

 

3,7

6,5-8,5

3

Взвешенные

вещества

мг/дм3

5000,0

10,0

4

БПК5

мг/дм3

21000,0

2,0

5

БПКп

мг/дм3

24500,0

3,0

6

ХПК

мг/дм3

30000,0

30,0

7

Аммоний ион

мг/дм3

2,5

0,5

8

Азот аммонийный

мг/дм3

2,0

0,4

9

Нитрит-анион

мг/дм3

0,02

0,08

10

Азот нитритов

мг/дм3

0,01

0,02

11

Нитрат-анион

мг/дм3

12,6

40,0

12

Азот нитратов

мг/дм3

2,8

9,0

13

Фосфат-ион

мг/дм3

386,5

0,6

14

Фосфаты (Р)

мг/дм3

120,1

0,2

15

Хлорид-ион

мг/дм3

300,0

300,0

16

Сульфат-ион

мг/дм3

100,0

100,0

17

Железо общее

мг/дм3

0,1

0,1

18

Сухой остаток

мг/дм3

30000,0

1000,0

19

АПАВ

мг/дм3

0,1

0,1

Сточные воды спиртового завода характеризуются высокой кислотностью(pH менее 3,7), большим количеством соединения фосфора и взвешенных веществ.

Предварительно нейтрализованные в КНС стоки и подаются на первую стадию очистки в высокоэффективные тонкослойные отстойники. В них происходит осаждение основной массы взвеси, что уменьшает нагрузку на биологическую очистку, а также предотвращает образование отложений и забивание в трубопроводах и усреднителе. Эффективность повышается за счёт обработки сточных вод реагентами, которые укрупняют загрязнения, образуя флокулы.

После усреднителя стоки направляются на многоступенчатую биологическую очистку, которая за счёт чередования анаэробных и аэробных стадий позволяет наиболее эффективно и полно удалять органические загрязнения. Чередование биоценозов позволяет более полно переработать органические загрязнители, при этом не происходит накопление  продуктов жизнедеятельности активного ила, так как они служат питанием для микроорганизмов последующих стадий.

После биологической очистки сток направляется на завершающую стадию очистки, включающую осветление и фильтрацию на фильтрах с зернистой загрузкой, где происходит удаление соединений фосфора.

После обеззараживания на установке УФ- стерилизации  сток направляется в р. Нерлейка Березнековского района республики Мордовия.        

ООО АПК «Продпрограмма»  также обращалось в нашу компанию для подготовки стока объёмом 350 м3/сут. к сбросу в водный объект. Состав стоков приведён в таблице №3   

Таблица № 3

№ п/п

Наименование позиций

Ед. изм.

Сточные воды

Перед поступлением на контактные осветлители

После очистки

 

1

Температура

15,0-30,0

15,0-30,0

2

рН

 

6,5-8,5

6,5-8,5

3

Взвешенные

вещества

мг/дм3

1300,0

10,0

4

БПКп

мг/дм3

1600,0

3,0

5

ХПК

мг/дм3

3000,0

30,0

6

Азот аммонийный

мг/дм3

220,0

0,4

7

Азот нитритов

мг/дм3

0,01

0,02

8

Азот нитратов

мг/дм3

0,5

9,0

9

Фосфаты (Р)

мг/дм3

25

0,2

10

Хлорид-ион

мг/дм3

300,0

300,0

11

Сульфат-ион

мг/дм3

100,0

100,0

12

Жиры

мг/дм3

1300

0,1

Специалисты нашей компании разработали и реализовали технологическую схему, которая включает следующие стадии:

  • удаление жира
  • механическая очистка
  • флотация
  • биологическая очистка
  • доочистка
  • обеззараживание

Особенность данной КОС в том, что на неё подаются стоки с большими количествами жира и белков, образующихся на мясоперерабатывающих производствах. Стоки последовательно попадают на жироуловитель и флотатор где за счёт разницы в плотностях воды и загрязнений происходит удаление жиров и белков. Для интенсификации процессов предусмотрена подача реагентов (коагулянтов).  

Монтаж основного технологического оборудования

Далее обезжиренные воды поступают на двухступенчатую биологическую очистку, где под действием активного ила происходит разложение органических загрязнений до СО2, СН4, Н2О. Образовавшийся избыточный ил, полученный в результате роста биомассы, отводится с нижней части блоков биологической очистки через илоуплоинитель.        

Для удаления оставшихся загрязнений, соединений фосфора, непереработанных органических соединений и остатков активного ила, осветлённые стоки направляются в блок доочистки, в котором совмещены зоны осветления и фильтрации.

Перед сбросом в водный объект очищенные сточные воды проходят УФ-обеззараживание.

Описанные проекты были реализованы в 2014-2018 годах и доказали свою работоспособность и эффективность.         

Автор: ООО «НПО «Агростройсервис»
Дата публикации: 25.07.2019

Другие статьи

Химические методы очистки сточных вод

Сточные воды загрязнены компонентами разного происхождения, для удаления каждого из которых используются свои способы. Эффективность очистки во многом зависит именно от того, насколько правильно был определен тип загрязнения. Самый простой способ узнать содержание посторонних примесей – проведение бактериологического и химического анализа. Наиболее популярный метод очистки промышленных сточных вод — химическая очистка.

Методы и способы очистки воды: классификация

В стоках присутствует сразу несколько видов загрязнений, поэтому нужно проводить целый комплекс различных методик очистки. В состав комплексных систем входит несколько фильтров, которые монтируются последовательно.

Современные проблемы нехватки питьевой воды. Основные источники загрязнения

Вода – основа органического мира, без которой человек и другие живые существа не могли бы существовать. Она используется в бытовых нуждах, для полива и других целей, при этом 70% всей жидкости находится в виде ледников, что существенно усложняет ее использование. И все равно остаются громадные объемы жидкости – так в чем проблема? А в том, что они не пригодны для использования – аппетиты на пресную воду постоянно растут, и объемы ее загрязнений увеличиваются. Остановить рост и развитие населения нельзя, зато можно наладить систему предварительной подготовки и очистки воды.

Все загрязнители делятся на несколько категорий и бывают:

  • физическими – плохо растворимые примеси вроде мусора, глины, песка;
  • химическими – химические вещества, специфические для разных производств и промышленных отраслей, сельскохозяйственной отрасли.

Химические (реагентные) способы (методы) очистки воды

Химические способы очистки стоков основываются на применении химического взаимодействия между разными соединениями и элементами. Реагенты подбирают строго по результатам химического анализа воды. Данные вещества вступают в химические реакции с загрязнителями и разлагают их. После разложения загрязнители становятся безопасными для человека либо выпадают в виде осадка.

Если правильно подобрать реагенты, из воды будут удаляться только лишние примеси, а нужные никуда не денутся. То есть вода останется «живой». Химические методы очистки в комплексе с механической фильтрацией – основа автономного водоснабжения на производстве.

Физические способы (методы) очистки воды

Физические методы очистки стоков от загрязнений предполагают применение того или иного физического эффекта воздействия или на воду, или на загрязнение. Они позволяют убирать различные взвеси, растворенные газы, соли тяжелых металлов, умягчать воду, удалять хлор, микробиологические включения.

Ультрафиолет

УФ-излучение эффективно убивает все микроорганизмы, которые есть в воде. Суть физического воздействия состоит в том, что длина волны разрушает клетки болезнетворных микроорганизмов. УФ-излучатель – один из наиболее эффективных стерилизаторов на сегодняшний день.

Термическая очистка

Смысл данной методики заключается в переходе нагретой водной массы в паровую массу с последующей конденсацией пара в жидкость. Уровень концентрации солей в воде может изменяться. Самый простой способ термической очистки – кипячение. Убирает органику, микробиологические включения, умягчает.

Мембранный метод очистки воды

Под осмотическим давлением вода, содержащая загрязнения, проходит сквозь полимерную мембрану. Эта мембрана находится в фильтре обратного осмоса и пропускает только молекулы воды с кислородом, задерживая посторонние примеси, вирусы и бактерии.

Физико-химические способы (методы) очистки воды: физико-химическая обработка стоков

Физико-химическая очистка стоков основывается на эффекте флотации, она освобождает воду от коллоидных и мелкодисперсных частиц. Газ пропускается через жидкую массу стоков, и каждый его пузырек «слипается» с частичками загрязнителей. Пузырьки начинают скапливаться на поверхности в виде пены.

Другой популярный способ физико-химической очистки – электрохимический или коагуляция. Он основа на принципе оседания коллоидных частиц под воздействием постоянного тока. Самый популярный промышленный метод очистки стоков.

Биологические методы очистки стоков

Системы биоочистки работают с применением целой категории микроорганизмов, которые полностью либо частично поглощают различные виды загрязнений. Основные способы очистки – аэробный и анаэробный. Второй метод имеет более высокую эффективность, но получается дороже в применении. Разные типы бактерий перерабатывают загрязнения разных типов.

Что такое химическая очистка сточных вод?

К химическим способам очистки сточных вод относятся такие методики как нейтрализация, окисление, восстановление. Химическую очистку могут использовать как предварительную перед биологической или как метод доочистки. И химическая, и физико-химическая очистка используются только в промышленных условиях. Предварительно обязательно проводить механическую очистку.

Основные реагенты:

  • марганец;
  • озон;
  • хлор;
  • соляная, серная кислоты;
  • гидроксид натрия;
  • известь;
  • другие.

Нейтрализация грязной воды

Нейтрализация – это особый способ обработки загрязненной воды, который позволяет восстанавливать нормальный уровень pH (6.5-8.5). Основные способы, применяемые для проведения нейтрализации:

  • смешивание кислотных, щелочных жидкостей;
  • введение реагентов;
  • фильтрование кислотсодержащих стоков с применением нейтрализующих веществ;
  • щелочное растворение газов;
  • введение в кислые стоки аммиачного раствора.

Окисление грязной воды

После окисления патогенные микроорганизмы погибают. Данный способ применяет тогда, когда извлечение примесей механическими способами или путем отстаивания не дает нужных результатов. Активные препараты – озон, хлор, бихромат калия, пиролюзит, хлорат кальция, кислород, пр. Применение хлора предполагает последующее дехлорирование воды. Озонирование – методика передовая, но достаточно дорогая. Более того, в больших количествах озон является взрывоопасным веществом.

Восстановление грязной воды

Восстановление грязной воды позволяет очищать стоки от хрома, мышьяка и ртути. Примеси восстанавливаются до их первоначального вида и удаляются механическим путем. Активные компоненты – диоксид серы, уголь, бисульфат натрия, водород, сульфат железа.

Химическая очистка сточных вод: самые распространенные методы организации

13.02.2015

Одним из самых современных и эффективных ныне методов в фильтрации жидких отходов является химическая очистка сточных вод, которая позволяет максимально обезопасить их влияние на чистоту окружающей среды.

Принцип действия

Процесс химической очистки сточных вод требует высокой точности внесения реагентов

Все используемые сегодня химические методы очистки сточных вод подразумевают добавление специальных реагентов в емкость с отходами. Под воздействием активных веществ органические и минеральные соединения преобразовываются в труднорастворимый осадок, который без проблем отделяется от воды. Очищенная жидкость переправляется в другую емкость, откуда откачивается в другие очистные сооружения для дальнейшей фильтрации. Способ целесообразен для использования на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Получаемые отходы имеют примеси мощнейшего токсического действия, которые в случае попадания в грунт наносят вред экологии.

Нередко такой вид очищения является промежуточным между механической, когда удаляются твердые крупнодисперсные частицы, и биологической фильтрацией.

Классификация

В зависимости от используемых реагентов различают три метода:

  • окисление;
  • нейтрализация;
  • восстановление.

Окисление — один из самых мощных способов, который применяется тогда, когда другие оказываются неэффективными. В качестве окислителей используются хлор, калия перманганат, озон. Все они являются также и действенными дезинфекторами. Из указанных веществ наиболее действенным является озон, он обладает уникальными свойствами, ведь в водной среде распадается быстро, а к кислотной отличается высокой стойкостью.

Оптимальное количество озона в очистительной озоново-кислородной смеси — не более 3 %. Этого достаточно для качественной абсорбции нечистот.

Существует также комбинированный вид очищения — электрохимическое окисление, которое происходит при посредстве анода. Один из самых эффективных и доступных: анод стоит дешево, а с его помощью можно очистить немало стоков.

При помощи нейтрализации достигается необходимый водородный уровень pH, для этого применяются некоторые виды кислот (соляная, серная) или щелочей (натрия гидроксид, сода, известь). Нередко возникает необходимость в нейтрализирующей загрузке при участии магнезита, мела или доломита. Для этого процесса требуется специальное оборудование для очистки стоков бытового и промышленного назначения.

Если жидкость насыщена такими сложными и опасными соединениями, как мышьяк, ртуть, хром, то должен быть задействован метод восстановления. В промышленности и, тем более, в быту применяется редко.

Есть ли недостатки?

Озонирование сточных вод — сложный, но эффективный процесс

Практически все существующие сегодня химические способы очистки сточных вод имеют свои недостатки. В первую очередь, необходимо максимально точно соблюдать дозировку добавляемых реагентов, многие из которых имеют достаточно высокую стоимость. Этот факт делает процесс трудоемким и финансово невыгодным для многих предприятий. Хотя с другой стороны, некоторые реагирующие вещества, наоборот, дешевле и доступнее, чем другие разновидности очищения.

В быту чаще всего используется очистка канализационных жидкостей с помощью хлорной извести или жидкого хлора, который является одним из самых дешевых реагентов.

Однако, прекрасно выполняя свою функцию для дезинфекции стоков, соединения хлора наносят немалый вред экологии.


Биохимические методы очистки сточных вод и способы

В составе любых сточных вод присутствуют компоненты органического и неорганического происхождения. Если от неорганических крупных и плотных включений легко избавиться методами механической фильтрации, то от сложных органических составляющих, присутствующих в воде в виде взвеси избавиться таким способом не получится. Для этого понадобится биохимическая очистка сточных вод. Данная методика не менее эффективная и не такая дорогостоящая, как искусственные методы очищения. Кроме того, такой способ очистки не требует выполнения сложного процесса утилизации используемых реагентов.

Суть метода

Биохимический способ очистки основан на использовании специальных бактерий, которые в ходе своей жизнедеятельности расщепляют сложные органические соединения на более простые элементы – воду, углекислый газ и минеральный осадок.

Эти бактерии постоянно присутствуют в почве и воде, где они способствуют естественному очищению почвы и воды. Но поскольку их концентрация невысока, процессы естественного очищения протекают довольно медленно.

В очистных сооружениях, где применяется способ биохимической очистки, присутствуют огромные колонии бактерий, участвующие в переработке стоков. При этом в этих сооружениях создаются благоприятные условия для жизнедеятельности микроорганизмов, что позволяет значительно ускорить процессы очищения воды в сооружении в сравнении с естественным очищением в природе.

Как правило, при биохимической очистке используется один из двух видов бактерий либо их комбинация:

Официальное приложение от букмекерской конторы 1xBet, абсолютно бесплатно и скачать 1хБет можно перейдя по ссылке и делать ставки на спорт.
  • Аэробные микроорганизмы перерабатывают сложные органические соединения. В результате окисления они расщепляются на воду, минеральный осадок и углекислый газ.
    Главная особенность этих бактерий в том, что они нуждаются в кислороде, поэтому конструкции с их использованием оборудуются аэраторами и компрессорами.
  • Анаэробные микроорганизмы в небольшом количестве всегда присутствуют в стоках. Эти бактерии не нуждаются в кислороде. Однако им нужен углекислый газ и нитраты, чтобы вести свою жизнедеятельность. Эти организмы в процессе жизни выделяют метан, поэтому в сооружении необходимо использовать систему вентиляции.

Способы биохимической очистки

Сегодня используются следующие биохимические методы очистки сточных вод:

Рекомендуем к прочтению:

  1. Биологические пруды.
  2. Конструкции с использованием аэробных методов очистки – аэротенки и биофильтры.
  3. Очистные устройства с анаэробным разложением (септики, отстойники и метантенки).

Биопруды

Это искусственные водоёмы небольшой глубины (0,5-1 м), в которых стоки проходят процессы, очень напоминающие природное самоочищение. Эти пруды хорошо прогреваются солнцем, поэтому в них создаются благоприятные условия для жизни бактерий.

Самый высокий санитарный эффект прудов достигается в тёплое время года. Так, колонии кишечной палочки уничтожаются на 99 %, вредоносные микроорганизмы кишечной группы полностью истребляются, окисляемость среды снижается на 90 процентов, а концентрация  аммонийного и органического азота уменьшается на 97 %.

Важно: такой способ очистки можно использовать и зимой. Пруды могут функционировать под слоем льда. Только с него нужно обязательно счищать снег, чтобы к бактериям поступал солнечный свет.

Биологические пруды бывают нескольких видов:

  • Проточные водоёмы, в которых стоки разбавляются речной водой. После отстойника стоки смешиваются с водой в соотношении 1 к 3-5. Здесь жидкость очищается на протяжении 14-21 дня. Пруд подходит для разведения рыбы и выращивания уток. Недостаток состоит в необходимости сооружения отстойника, потребности в речной воде.
  • Проточные пруды, в которых стоки не разбавляются речной водой. Этот способ очистки предусматривает прохождение сточной водой каскада из 4-5 водоёмов. В первом пруде должна быть преграда для сдерживания твёрдого осадка, а последний пруд годится для разведения рыбы.
  • Водоёмы для доочистки стоков используются на станциях биологической очистки, где не удаётся переработать большие объёмы стоков или требуется добиться высокой степени очищения. Обычно вся система состоит из 2-3 прудов, в которых тоже можно разводить рыбу.
  • Анаэробные пруды достигают нескольких метров в глубину. Здесь используются анаэробные способы очистки. Главными недостатками таких прудов является то, что в окружающую среду постоянно выделяется метан, также патогенные бактерии могут попасть в грунтовые воды.
  • Контактные водоёмы. Принцип очистки здесь основан на том, что в стоячей воде процессы биохимического окисления протекают намного быстрее. Система состоит из серии параллельно расположенных карт. Вода переходит из одного водоёма в другой каждый день. Процесс полной очистки выполняется за 5-10 дней.

Станции очистки с аэробным разложением

К таким сооружениям относятся биофильтры и аэротенки. Принцип работы биофильтра основан на том, что загрязнённые воды сначала проходят стадию механической очистки. Через некоторое время начинается обрастание загрузки (части биофильтра) биологической плёнкой. Этот процесс протекает благодаря адсорбции микроорганизмов из стоков. Только после этого начинаются процессы биохимического окисления органики.

Важно: главным условием выполнения эффективной очистки является наличие хорошей аэрации.

Биофильтр – это конструкция, заполненная крупнозернистым материалом, не поддающимся разбуханию (шлаком, галькой, щебёнкой). Поверхность этого материала орошается стоками через каждые 10-15 минут. Жидкость, прошедшая фильтр, проходит через дренажные отверстия и стекает в лотки.  Аэрация биологического фильтра может быть искусственной или естественной. Искусственные способы аэрации позволяют значительно ускорить процессы биологического окисления.

Аэротенк – это очистные сооружения, в которых используются принципы естественного биологического очищения сточных вод. Однако интенсивность этих процессов намного выше. Аэрация стоков здесь выполняется посредством нагнетания воздуха при помощи аэраторов и компрессоров. Здесь функции биологической плёнки выполняет активный ил – это особые хлопья, которые состоят из взвеси микроорганизмов.

Рекомендуем к прочтению:

Принципы очистки в таком сооружения выглядят следующим образом:

  1. Стоки, перемешанные с активным илом, попадают в длинный резервуар и продвигаются по нему.
  2. Чтобы поддерживать ил во взвешенном виде и ускорять окислительные процессы, в систему постоянно нагнетается под давлением воздух.
  3. По завершении окислительного процесса смесь ила со стоками попадает во вторичный отстойник, где происходит отделение активного ила от очищенных вод. Активный ил при помощи эрлифта перекачивается обратно в аэротенк.
  4. После обеззараживания воду можно сливать в водоёмы.

Важно: такой способ очистки приводит к образованию большого количества активного ила, поэтому периодически его необходимо извлекать. Полученный активный ил можно использовать для удобрения полей.

Активный ил – это биомасса, состоящая из бактерий, простейших, микроорганизмов-нитрификаторов и денитрификаторов, а также грибов. В составе отсутствуют представители группы водорослей. Активный ил прекрасно адсорбирует бактерии группы кишечной палочки.

Станции очистки с анаэробным разложением

Осадок сточных вод на 95 процентов состоит из воды, на 5 – из углеводов, жиров и белков. Для обеззараживания осадка на очистных сооружениях также используются биохимические методы. Они позволяют изменить структуру осадка, в результате чего он становится быстро подсыхающим, легко поддающимся утилизации веществом.

Процессы анаэробного брожения в естественных условиях протекают с выделением метана, воды и углекислого газа. Существуют следующие виды очистных сооружений, в которых используются процессы анаэробного разложения:

  • Септики – это сооружения, в которых объединяются процессы сбраживания и образования осадка. Эти конструкции подходят для обслуживания небольших объектов – загородных домов и дач. Очистка септика может делаться вручную, поскольку габариты сооружения невелики. Обычно эта процедура выполняется 1-2 раза в год. Сброженный осадок из септика нельзя использовать в качестве удобрения, поскольку он представляет угрозу для окружающей среды. Перед утилизацией осадка его необходимо обеззаразить, подогрев до 60 градусов. Септики могут состоять из 1, 2 или 3-х камер. Эти конструкции подходят для предварительной очистки стоков, после чего они нуждаются в доочистке на полях фильтрации, в фильтрационных колодцах или канавах.
  • Метантенки. Здесь сбраживание осадка выполняется при искусственном подогреве. Сюда стоки попадают после первичного отстойника. Метантенк – это закрытый резервуар, в котором выполняется анаэробная переработка осадка. В таких конструкциях новый осадок постоянно перемешивается со зрелым. Эффективность работы всей конструкции зависит от количества зрелого осадка. Чем его больше, тем лучше.
  • Двухъярусные отстойники отличаются от септиков тем, что в них устранены многие их недостатки. Так, в жидкие стоки не могут попадать газы, выделяющиеся при разложении осадка. В этих конструкциях процесс брожения может длиться от 1 до 6 месяцев. При этом над двухъярусным отстойником стоит уловитель газов. Сброженный осадок подаётся для высушивания на иловые плантации. Разложение органики в отстойнике протекает намного быстрее и эффективнее, чем в септике. Такие конструкции не используют в средних широтах, поскольку зимой сбраживание осадка невозможно выполнить.

 

Очистка сточных вод — Википедия

Танк-отстойник первичной очистки

Очистка сточных вод — комплекс мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся в бытовых и промышленных сточных водах перед выпуском их в водоёмы. Очистка сточных вод осуществляется на специальных очистных сооружениях[1].

Процесс очистки делится на 4 этапа:

  • механический
  • биологический
  • физико-химический
  • дезинфекция сточных вод.

Механический этап

Пункт очистки воды в Агуас-Корриентес (Уругвай)

Производится предварительная очистка поступающих на очистные сооружения сточных вод с целью подготовки их к биологической очистке. На механическом этапе происходит задержание нерастворимых примесей[источник не указан 2057 дней].

Сооружения для механической очистки сточных вод:

Для задержания крупных загрязнений органического и минерального происхождения применяются решётки и для более полного выделения грубодисперсных примесей — сита. Максимальная ширина прозоров решётки составляет 16 мм. Отбросы с решёток либо дробят и направляют для совместной переработки с осадками очистных сооружений, либо вывозят в места обработки твёрдых бытовых и промышленных отходов.

Затем стоки проходят через песколовки, где происходит осаждение мелких частиц (песок, шлак, битого стекла т. п.) под действием силы тяжести, и жироловки, в которых происходит удаление с поверхности воды гидрофобных веществ путём флотации. Песок из песколовок обычно складируется или используется в дорожных работах.

Первичные отстойники, куда на следующем этапе попадает вода, предназначены для осаждения взвешенной органики. Это железобетонные резервуары глубиной три-пять метров, радиальной или прямоугольной формы. В их центры снизу подаются стоки, осадок собирается в центральный приямок проходящими по всей плоскости дна скребками, а специальный поплавок сверху сгоняет все более лёгкие, чем вода, загрязнения в бункер.

В последнее время мембранная технология становится перспективным способом при очистке сточных вод[источник не указан 2057 дней]. Эта технология применяется в комплексе с традиционными способами, для более глубокой очистки стоков и возврата их в производственный цикл.

Очищенные таким образом сточные воды переходят на первичные отстойники для выделения взвешенных веществ. Снижение БПК составляет 20-40 %[источник не указан 2057 дней].

В результате механической очистки удаляется до 60-70 % минеральных загрязнений, а БПК5 снижается на 30 %. Кроме того, механическая стадия очистки важна для создания равномерного движения сточных вод (усреднения) и позволяет избежать колебаний объёма стоков на биологическом этапе.

Биологический этап

Биологическая очистка предполагает очистку растворённой части загрязнений сточных вод (органические загрязнения — ХПК, БПК; биогенные вещества — азот и фосфор) специальными микроорганизмами (бактериями и простейшими) или дождевыми червями, которые называются активным илом или биоплёнкой.

Могут использоваться как аэробные, так и анаэробные микроорганизмы.

С технической точки зрения различают несколько вариантов биологической очистки. На данный момент основными являются активный ил (аэротенки), биофильтры и метантенки (анаэробное брожение).

Также в биологической очистке, после аэротенков существует вторичные отстойники. Во вторичных отстойниках находятся илососы. Они предназначены для удаления активного ила со дна вторичных отстойников и возврат в аэротенк (возвратный ил). Лишний прирощенный ил выводится из системы (избыточный ил).

Физико-химический этап

Данные методы используют для очистки от растворённых примесей, а в некоторых случаях и от взвешенных веществ. Многие методы физико-химической очистки требуют предварительного глубокого выделения из сточной воды взвешенных веществ, для чего широко используют процесс коагуляции.

В настоящее время в связи с использованием оборотных систем водоснабжения существенно увеличивается применение физико-химических методов очистки сточных вод, основными из которых являются:

Важным этапом при очистке сточных вод является механическое обезвоживание осадка. На данный момент существует несколько технологий обезвоживания — с помощью камерных фильтр-прессов, с помощью дисковых шнековых дегидраторов, с помощью ленточных прессов и с помощью центрифуг (декантеров). Каждая технология имеет свои плюсы и минусы (занимаемая площадь, энергопотребление, стоимость и т. п.). При обезвоживании обычно используют реагент (флокулянт) для увеличения эффективности обезвоживания. В настоящее время широкое применение получает использование центрифуг для обезвоживания. Качество разделения жидкой и твёрдой фракции самое высокое из вышеупомянутых технологий.

Дезинфекция сточных вод

Для окончательного обеззараживания сточных вод предназначенных для сброса на рельеф местности или в водоём применяют установки ультрафиолетового облучения.

Для обеззараживания биологически очищенных сточных вод, наряду с ультрафиолетовым облучением, которое используется, как правило, на очистных сооружениях крупных городов, применяется также обработка хлором в течение 30 минут.

Хлор уже давно используется в качестве основного обеззараживающего реагента практически на всех очистных сооружениях в городах России. Поскольку хлор довольно токсичен и представляет опасность, очистные предприятия многих городов России уже активно рассматривают другие реагенты для обеззараживания сточных вод, такие как гипохлорит, дезавид (сам реагент и его компоненты не входят в список разрешённых к применению в целях обеззараживания. В ЕС основной компонент запрещён с 09.02.2010) и озонирование.

Мобильные устройства водоочистки

Наряду со стационарными станциями очистки сточных вод в случаях, когда имеется потребность в очистке небольших их объёмах или не постоянно, применяются мобильные станции водоочистки. Как правило, они состоят из барботёра, угольного фильтра, ёмкости обеззараживания и циркуляционного насоса.

Термическая утилизация

В ряде случаев механическая и химреагентная очистка не даёт необходимых результатов. Альтернативой является термическая утилизация технологических сточных вод путём их сжигания в печах, горелках и различного рода установках. За рубежом наибольшее распространение получили печи термического разложения (более совершенные, но дорогостоящие). В России широко используется огневой метод — универсальный, надёжный и недорогой.

Суть его заключается в том, что технологические стоки в распылённом мелкодисперсном состоянии впрыскиваются в факел, образуемый при сжигании газообразного или жидкого топлива. При этом происходит испарение воды, а вредные примеси разлагаются (сгорают) до составляющих (СО2 и Н2О).[2]

Происхождение названия «станция аэрации»

Во многих городах России, включая Москву и Санкт Петербург, очистные сооружения из соображений благозвучности могут носить название «станция аэрации» (так в Москве) или «центр аэрации» (ЦА) (так в Петербурге). В очистных сооружениях аэрация действительно применяется, но она не является ни основным, ни единственным процессом.

См. также

Примечания

Литература

Ссылки

очистка сточных вод | Процесс, история, важность, системы и технологии

Очистка сточных вод , также называемая очистка сточных вод , удаление примесей из сточных вод или сточных вод до того, как они попадут в водоносные горизонты или естественные водоемы, такие как реки, озера, устья и океаны. Поскольку чистая вода не встречается в природе (т.е. вне химических лабораторий), любое различие между чистой водой и загрязненной водой зависит от типа и концентрации примесей, обнаруженных в воде, а также от ее предполагаемого использования.В общих чертах, вода считается загрязненной, если она содержит достаточно примесей, которые делают ее непригодной для определенного использования, такого как питье, плавание или рыбалка. Хотя на качество воды влияют природные условия, слово загрязнение обычно подразумевает деятельность человека как источник загрязнения. Загрязнение воды, таким образом, вызывается в первую очередь сливом загрязненных сточных вод в поверхностные или грунтовые воды, а очистка сточных вод является основным элементом борьбы с загрязнением воды.

Популярные вопросы

Что такое сточные воды?

Сточные воды — это загрязненная форма воды, образующаяся в результате стока дождевых вод и деятельности человека. Еще ее называют канализацией. Обычно их классифицируют по способу образования — в частности, бытовые сточные воды, промышленные сточные воды или ливневые сточные воды (ливневые сточные воды).

Как образуются сточные воды?

  • Бытовые сточные воды образуются в результате использования воды в жилых домах, на предприятиях и в ресторанах.
  • Промышленные сточные воды образуются в результате промышленных и химических производств.
  • Дождевая вода в городских и сельскохозяйственных районах собирает мусор, песок, питательные вещества и различные химические вещества, загрязняя поверхностные сточные воды.

Какие обычные загрязнители присутствуют в сточных водах?

Сточные воды содержат широкий спектр загрязняющих веществ. Количество и концентрация этих веществ зависит от их источника. Загрязняющие вещества обычно подразделяются на физические, химические и биологические. Общие загрязнители включают сложные органические вещества, соединения, богатые азотом и фосфором, и патогенные организмы (бактерии, вирусы и простейшие).Синтетические органические химические вещества, неорганические химические вещества, микропластики, отложения, радиоактивные вещества, нефть, тепло и многие другие загрязнители также могут присутствовать в сточных водах.

Как обрабатываются сточные воды на очистных сооружениях?

В очистных сооружениях используются физические, химические и биологические процессы для очистки воды. Процессы, используемые на этих объектах, также подразделяются на предварительные, первичные, вторичные и третичные. На предварительном и первичном этапах удаляются ветошь и твердые частицы.Вторичные процессы в основном удаляют взвешенные и растворенные органические вещества. Третичные методы обеспечивают удаление питательных веществ и дальнейшую очистку сточных вод. Дезинфекция, заключительный этап, уничтожает оставшиеся патогены. Отходы, образующиеся в процессе обработки, отдельно стабилизируются, обезвоживаются и отправляются на свалки или используются на земле.

Почему важно восстановление ресурсов сточных вод?

Сточные воды представляют собой сложную смесь металлов, питательных веществ и специальных химикатов. Восстановление этих ценных материалов может помочь удовлетворить растущие потребности общества в природных ресурсах.Концепции восстановления ресурсов развиваются, и исследователи исследуют и разрабатывают многочисленные технологии. Рекультивация и повторное использование очищенной воды для орошения, пополнения запасов подземных вод или рекреационных целей — это особые области.

Историческая справка

Прямой сброс сточных вод

Во многих древних городах были дренажные системы, но они в первую очередь предназначались для отвода дождевой воды с крыш и тротуаров. Ярким примером является дренажная система Древнего Рима.Он включал в себя множество поверхностных водоводов, которые были связаны с большим сводчатым каналом, называемым Cloaca Maxima («Великая канализация»), по которому дренажные воды поступали в реку Тибр. Построенная из камня и грандиозная, Cloaca Maxima является одним из старейших существующих памятников римской инженерии.

Cloaca Maxima

Выход из Cloaca Maxima в реку Тибр, Рим, Италия.

Lalupa

В средние века в городской канализации и дренаже не было прогресса.Использовались тайные хранилища и выгребные ямы, но большинство отходов просто сбрасывались в сточные канавы, чтобы их смыло через канализацию во время наводнения. Туалеты (унитазы) были установлены в домах в начале 19 века, но они обычно были связаны с выгребными ямами, а не с канализацией. В густонаселенных районах местные условия вскоре стали невыносимыми, поскольку выгребные ямы редко опорожнялись и часто переполнялись. Угроза общественному здоровью стала очевидной. В Англии в середине XIX века вспышки холеры были связаны непосредственно с источниками колодезной воды, загрязненной человеческими отходами из тайных хранилищ и выгребных ям.Вскоре возникла необходимость в том, чтобы все туалеты в крупных городах были подключены непосредственно к ливневой канализации. В результате сточные воды с земли возле домов переместились в близлежащие водоемы. Таким образом, возникла новая проблема: загрязнение поверхностных вод.

Раньше говорили, что «решение проблемы загрязнения — разбавление». Когда небольшие объемы сточных вод сбрасываются в проточный водоем, происходит естественный процесс самоочищения струи. Однако в густонаселенных общинах образуются такие большие объемы сточных вод, что одно лишь их разбавление не предотвращает загрязнения.Это требует определенной обработки или очистки сточных вод перед их утилизацией.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Строительство централизованных очистных сооружений началось в конце 19-го и начале 20-го веков, в основном в Великобритании и США. Вместо того, чтобы сбрасывать сточные воды непосредственно в ближайший водоем, их сначала пропускали через комбинацию физических, биологических и химических процессов, которые удаляли некоторые или большинство загрязнителей.Также, начиная с 1900-х годов, были разработаны новые системы сбора сточных вод для отделения ливневой воды от бытовых сточных вод, чтобы очистные сооружения не перегружались в периоды влажной погоды.

После середины 20 века растущая озабоченность общества качеством окружающей среды привела к более широкому и более строгому регулированию методов удаления сточных вод. Требовались более высокие уровни лечения. Например, предварительная очистка промышленных сточных вод с целью предотвращения воздействия токсичных химикатов на биологические процессы, используемые на очистных сооружениях, часто становилась необходимостью.Фактически, технология очистки сточных вод продвинулась до такой степени, что стало возможным удалять практически все загрязнители из сточных вод. Однако это было настолько дорого, что такие высокие уровни лечения обычно не были оправданы.

Станции очистки сточных вод превратились в крупные комплексные объекты, для работы которых требовалось значительное количество энергии. После роста цен на нефть в 1970-х годах забота об энергосбережении стала более важным фактором при разработке новых систем контроля загрязнения.Следовательно, землеотвод и подземный сброс сточных вод стали получать повышенное внимание там, где это возможно. Такие «низкотехнологичные» методы борьбы с загрязнением могут не только способствовать экономии энергии, но также могут служить для повторного использования питательных веществ и пополнения запасов грунтовых вод.

Границы | Использование микроводорослей для сочетания очистки сточных вод с биофиксацией CO2

Введение

Глобальное потепление — одна из основных проблем для многих стран мира. Эта проблема в основном связана с высокими концентрациями газов, в которых диоксид углерода (CO 2 ) является крупнейшим источником, ответственным за до 60 процентов от общего количества парниковых газов (E.I. A. Министерство энергетики США, 1997 г .; Ямасаки, 2003; Койл, 2007). Концентрация CO 2 в атмосфере увеличилась с доиндустриальных уровней 280 ppm до примерно 400 ppm сегодня. Большая часть этого заметного увеличения связана с растущим спросом на ископаемое топливо в энергетическом и транспортном секторах. Ожидается, что к XXI веку уровни CO 2 в атмосфере будут продолжать повышаться примерно до 570 ppm (Stewart and Hessami, 2005). Следовательно, мировая температура может повыситься на 1.9 ° C, в то время как уровень моря может увеличиться в среднем на 3,8 м (Stewart and Hessami, 2005). Из-за растущей озабоченности по поводу изменения климата, вызванного парниковыми газами, Киотский протокол был принят как первое соглашение между странами мира, предписывающее сокращение выбросов парниковых газов от страны к стране в 1997 году.

Поскольку CO 2 вносит наибольший вклад в парниковый эффект, снижение уровня CO 2 напрямую повлияет на общие выбросы парниковых газов.В настоящее время применяются три основных метода удаления избыточного CO из атмосферы 2 : (i) использование химических реакций, включая химическую / физическую очистку растворителем, адсорбцию, криогенику и мембраны, (ii) хранение CO 2 выбрасывается под землю или в океан (Kumar et al., 2010), и (iii) преобразование CO 2 в органические вещества посредством биологического смягчения воздействия.

Химические методы не являются экологически безопасными и требуют значительных площадей и инвестиций.Кроме того, наиболее заметной проблемой, связанной с методом хранения, может быть потенциальная утечка CO 2 в течение многих лет (Lackner, 2003). Соответственно, биологическое смягчение последствий является экономически практичной и экологически устойчивой технологией, которая в долгосрочной перспективе привлекла большое внимание как альтернативный метод (Kumar et al., 2010). Биологическая фиксация CO 2 обычно происходит через фотосинтез наземными растениями и деревьями. Однако они способны устранять только 3–6 процентов CO 2 из-за их медленного роста, в то время как другие микроорганизмы, такие как эукариотические водоросли и цианобактерии, могут фиксировать CO 2 в 10-50 раз быстрее (Iasimone et al., 2017). Водоросли способны устранять 513 тонн CO 2 и производить до 100 тонн сухой биомассы с гектара в год (Bilanovic et al., 2009). Еще одно преимущество водорослей заключается в производстве возобновляемых видов топлива, таких как биодизель и водород. Поскольку CO 2 , выделяемый при сгорании этих видов биотоплива, может ассимилироваться водорослями, в результате получается чистый нулевой баланс выбросов CO 2 (Kumar et al., 2010). Кроме того, водоросли могут быть источником питания (Sabra et al., 2001; Беккер, 2007; Plaza et al., 2008; Raja et al., 2008; Двир и др., 2009; Gressler et al., 2010), включая витамины (Lee, 2001; Raja et al., 2008), минералы (Lee, 2001; Dvir et al., 2009) и белки (Raja et al., 2008; Dvir et al. , 2009), что, в свою очередь, может помочь компенсировать затраты на биоремедиацию CO 2 .

Виды микроводорослей могут очищать городские, промышленные, агропромышленные сточные воды и сточные воды животноводства. В литературе также описаны системы микроводорослей для обработки других отходов, таких как сточные воды пищевой промышленности и другие сельскохозяйственные отходы.Кроме того, сообщалось о стратегиях удаления токсичных минералов, таких как ионы As, Br, Cd, Hg, Pb, Sc и Sn на основе водорослей, по отдельности или в смеси (Abdel-Raouf et al., 2012).

Многие виды микроводорослей адаптированы для эффективного роста в сточных водах. Таким образом, стоимость производства может быть снижена за счет одновременного использования сточных вод и выращивания определенных богатых питательными веществами микроводорослей. Таким образом, биоподавление CO 2 с помощью микроводорослей может быть более экономичным, рентабельным и экологически чистым, если оно включено в инфраструктуру очистки сточных вод (Kuo et al., 2016; Collotta et al., 2018).

В этой главе обсуждается несколько вопросов, связанных с использованием микроводорослей для биофиксации CO 2 и очистки сточных вод. Приведены подробные сведения о методах удаления CO 2 , системах культивирования микроводорослей, методах очистки сточных вод и оценке интеграции технологии улавливания углерода в очистку сточных вод.

Стратегии удаления двуокиси углерода

Небиологические методы

Связывание диоксида углерода

По определению, секвестрация CO 2 — это долгосрочный процесс CO 2 , направленный на снижение уровня CO 2 , выбрасываемого в атмосферу.В связи с этим можно принять во внимание различные подходы к хранению, включая минерализацию, хранение в океане и геологическое хранение. Эти методы хранения также должны соответствовать следующим требованиям: (i) безопасное хранение, (ii) минимальное воздействие на окружающую среду, (iii) поддающееся проверке хранение, (iv) бессрочное хранение (Lackner and Brennan, 2009).

Минерализация — это процесс, при котором газообразный CO 2 превращается в твердые неорганические карбонаты в результате химических реакций.Среди прочего, силикаты кальция и магния могут поглощать CO 2 из атмосферы в процессе образования карбонатов, что приводит к постоянному хранению CO 2 . Этот процесс предлагает устойчивую возможность для безопасного хранения CO 2 в течение длительного периода. Однако, очевидно, что он очень медленный по своей природе, и поэтому для его ускорения может потребоваться высокая стоимость технологии (Allen and Brent, 2010).

Океан считается крупнейшим естественным резервуаром CO 2 (Khoo and Tan, 2006), так что закачка всего антропогенного CO 2 изменит концентрацию углерода в океане и pH менее чем на 2% и 0 .15 единиц соответственно (Herzog, Golomb, 2004). Процесс естественного хранения в океане заключается в транспортировке захваченного CO 2 в глубины океана. Однако экологи выразили обеспокоенность по поводу воздействия на окружающую среду CO 2 , хранящегося в океане, включая серьезное воздействие на морскую жизнь и подкисление воды. Некоторые считают, что массовые выбросы CO 2 эквивалентны неконтролируемому сбросу токсичных отходов в Мировой океан.(Герцог и Голомб, 2004)

Возможность хранения CO 2 под земной поверхностью имеет больший потенциал для контролируемых условий с наименьшим воздействием на окружающую среду. Места хранения могут включать соленые водоносные горизонты, скважины с отработанной нефтью и природным газом, которые больше не эксплуатируются, и угольные пласты, не подлежащие разработке (Celia et al., 2009). Учитывая тот факт, что деятельность человека генерирует почти семь гигатонн углерода (ГтУ) в год, этот вариант хранения может вместить от сотен до тысяч общих ГтУ, хранящихся под землей.(1 ГтС = 1 миллиард метрических тонн углеродного эквивалента) (Herzog and Golomb, 2004).

Экологи создают прямые риски для окружающей среды и здоровья человека, включая утечки, медленную миграцию и накопление, а также индуцированную сейсмичность.

Приближение к улавливанию диоксида углерода

В течение последних 40 лет ископаемое топливо считалось источником образования значительной части антропогенного CO. 2 в атмосфере. Следовательно, целесообразно улавливать CO 2 из промышленных предприятий, зависящих от ископаемого топлива, чтобы значительно снизить уровни CO 2 в атмосфере.Уловленный CO 2 может быть использован в различных отраслях промышленности, таких как производство мочевины, пенообразование, газирование напитков и производство сухого льда. В настоящее время существуют три основных подхода к улавливанию CO 2 (Pires et al., 2011): дожигание, кислородно-топливное сжигание и предварительное сжигание.

I. Предварительное сжигание

Предварительное сжигание обычно применяется на электростанциях с комбинированным циклом с интегрированной газификацией (IGCC). В процессе используется газификатор высокого давления для преобразования угля в сжатый газ, состоящий из CO и H 2 .CO 2 будет улавливаться из синтезированных газов, высвобождая H 2 для дальнейшего использования в качестве топлива в газовой турбине для производства электроэнергии (Pachauri and Reisinger, 2007). Основным ограничением этого метода является то, что стоимость электроэнергии, вырабатываемой на электростанциях, работающих на пылевидном угле (ПК), ниже, чем затраты на электростанциях IGCC. Дополнительная трудность заключается в том, что процесс предварительного сжигания происходит только там, где основным топливом является метан.

II. Кислородно-топливное сжигание

При кислородном сжигании топливо смешивается с чистым кислородом в среде, свободной от азота, в результате чего дымовой выхлопной газ содержит CO 2 и водяной пар.Таким образом, захваченный CO 2 может быть сохранен с меньшими затратами на последующую обработку.

III. Дожигание

Среди технологий улавливания CO 2 время, необходимое для разработки угольных технологий

Технологии разделения синтез-газа, водородных турбин и топливных элементов значительно снижаются, если применяется метод дожигания. В отличие от предварительного сжигания, дожигание может быть установлено на электростанциях, работающих на ископаемом топливе (Pires et al., 2011). В настоящее время улавливание дожигания может быть выполнено с использованием нескольких технологий, как объяснено ниже (Pires et al., 2011).

◦ Адсорбция

Адсорбция включает диффузию молекул, атомов или ионов газа или жидкости к поверхности твердого тела, где они могут связываться с твердой поверхностью или устанавливать слабые межмолекулярные силы. Межмолекулярные силы между газами и поверхностями некоторых твердых материалов будут основным процессом адсорбции CO 2 . Это зависит от различных факторов, таких как температура, парциальные давления, поверхностные силы, размер пор адсорбента и селективность материала адсорбента (Xiao et al., 2008).

Адсорбция может осуществляться за счет химических связей или физических сил. Химические связи состоят из иммобилизованного амина или других реагентов на поверхности носителя. Адсорбент реагирует с CO 2 в дымовых газах (Pires et al., 2011). Физическая адсорбция работает на основе интенсивности межмолекулярных сил, когда силы между молекулами твердого тела и дымовым газом больше, чем между молекулами самого газа (Pires et al., 2011).

К настоящему времени было предложено несколько химических и физических материалов для использования в качестве адсорбентов, включая монолитные адсорбенты из углеродного волокна (Thiruvenkatachari et al., 1997), композиты из активированного углеродного волокна и фенольной смолы, меламин-формальдегидный высокопористый адсорбент и адсорбенты с иммобилизованным амином (Meisen and Shuai, 1997).

◦ Мембранное разделение

Что касается удаления CO 2 , обычно используются два основных типа мембран; газоразделительные и газопоглощающие мембраны. Разделение газов содержит твердые мембраны, которые работают на основе пористой структуры, которая обеспечивает преимущественное проникновение компонентов смеси (Meisen and Shuai, 1997).Процесс разделения зависит как от времени, так и от физических / химических свойств мембраны, которая дает преимущество одной части газовой смеси по сравнению с другой при фиксированной скорости проникновения газа.

CO 2 поглощается с одной стороны мембраны, диффундирует через нее и высвобождается с другой стороны (Pires et al., 2011). Газопоглощающие мембраны представляют собой микропористые твердые мембраны, которые должны контактировать с адсорбентом, например с жидкостью (Meisen and Shuai, 1997). Абсорбирующая жидкость на одной стороне мембраны избирательно поглощает CO 2 из потока смешанного газа на другой стороне мембраны (Pires et al., 2011).

Газопоглощающие мембраны можно разделить на полимерные мембраны, палладиевые мембраны и молекулярные сита (Pires et al., 2011).

◦ Криогенная сепарация

Подход, основанный на температуре, может использоваться для выбора удаления и концентрации CO 2 (Pires et al., 2011). Использование криогенных процессов, также известных как низкотемпературная дистилляция, для устранения выбросов дымовых газов все еще находится на начальной стадии. Это включает охлаждение и сжижение концентрированного CO 2 в потоке газа через несколько стадий, чтобы в конечном итоге вызвать фазовые изменения в CO 2 (Meisen and Shuai, 1997).Этот метод более эффективен для газов, хранящихся при температуре окружающей среды или более низкой температуре с высокими концентрациями (> 50%). Таким образом, он не может быть экономически рекомендован для разбавленных газов, содержащих CO 2 , таких как выбросы угольных электростанций (Herzog and Golomb, 2004).

◦ Поглощение

Двуокись углерода можно удалить через абсорбционную систему, состоящую из двух компонентов; абсорбер и отпарной аппарат (десорбер) (Erga et al., 1995). Система абсорбции работает на физических, химических или гибридных процессах абсорбции.При химической абсорбции CO 2 абсорбируется жидким растворителем, который образует временную химическую связь с газом. CO 2 затем реагирует с одним или несколькими основными химическими абсорбентами с образованием слабосвязанного промежуточного соединения. Затем это соединение разлагается под действием тепла, регенерируя исходный абсорбент и образуя поток CO 2 (Erga et al., 1995). В промышленных условиях CO 2 отделяется от газового потока путем барботирования жидкого абсорбента в насадочной абсорбционной колонне.Абсорбированный CO 2 удаляется из химического растворителя встречным потоком пара при температуре 100–120 ° C, проходящего через блок регенерации. Чтобы удалить водяной пар из потока, он должен конденсироваться с образованием высококонцентрированного (более 99%) CO 2 . Растворитель охлаждают до 40–65 ° C и возвращают в абсорбционную колонну. Типичные абсорбенты, коммерчески доступные в химической абсорбционной системе, включают компоненты на основе карбоната амина, такие как моноэтаноламин (MEA), диэтаноламин (DEA), аммиак и горячий карбонат калия (Erga et al., 1995).

Согласно закону Генри, удаление CO 2 на основе физического поглощения осуществляется путем физического поглощения растворителем с последующей регенерацией с применением тепла и / или снижения давления. Некоторые из имеющихся в продаже физических абсорбентов включают Selexol (диметиловый эфир полиэтиленгликоля) и Rectisol (холодный метанол), которые наносятся под высоким давлением.

В дополнение к физическому или химическому поглощению можно также использовать сочетание лучших характеристик обоих методов, известное как гибридное поглощение.В качестве гибридного абсорбента использовалось несколько коммерческих абсорбентов, включая сульфинол (составной растворитель, включающий смесь диизопропаноламина (30–45%) или метилдиэтаноламина (МДЭА), сульфолана (диоксид тетрагидротиофена) (40–60%) и вода (5–15%) (Desideri, Corbelli, 1998).

Биофиксация диоксида углерода с использованием микроводорослей

Почти половина сухой массы биомассы микроводорослей состоит из углерода, поэтому содержание углерода в среде для выращивания микроводорослей в растворенной или газообразной форме имеет решающее значение и часто является ограничивающим фактором для максимальной продуктивности.Концентрация CO 2 в атмосфере (всего около 0,04% об. / Об. ) недостаточна для обеспечения углерода для роста водорослей. Микроводоросли естественным образом способны получать свой углерод из нескольких других источников, включая CO 2 из промышленных дымовых газов и химически фиксированные в растворимых карбонатных соединениях (например, NaHCO 3 и Na 2 CO 3 ) (He и др., 2016). Основная идея заключается в том, что микроводоросли используют CO 2 в качестве основного источника углерода для широкого спектра метаболических процессов.Отходящие газы от сжигания представляют собой жизнеспособный источник CO 2 , который может быть напрямую введен в крупномасштабные системы производства микроводорослей, поскольку они обычно содержат CO 2 в объемной доле от 5 до 15%. Кроме того, CO 2 , преобразованный в виде биомассы водорослей, может в дальнейшем использоваться в качестве пищи, корма, удобрения или топлива. Процессы, включая пищеварение, дыхание и сжигание биомассы, могут привести к выбросу CO 2 обратно в воздух. Таким образом, было бы логично предположить, что микроводоросли — это не просто резервуар CO 2 , но они действуют как биологический инструмент дожигания для улавливания CO 2 из дымовых газов, выбрасываемых электростанциями.

CO, полученный из микроводорослей 2 Биофиксация может способствовать производству ценной биомассы водорослей и одновременно сокращать выбросы парниковых газов. Однако в снижении стоимости этого подхода был достигнут незначительный прогресс (Herzog and Golomb, 2004). Важнейшим преимуществом фиксации CO 2 микроводорослями является их быстрый и повсеместный рост. Кроме того, биотопливо, производимое микроводорослями, поддается биологическому разложению и не содержит серы или токсичных материалов (Demirbas, 2011).

Допуск к концентрации CO 2 в дымовых газах, как было показано, различается для разных видов микроводорослей. Ограниченные группы микроводорослей показали исключительную устойчивость к высоким концентрациям CO 2 , в том числе Chlorella spp., Arthrospira (ранее Spirulina ) spp., Scenedesmus dimorphus, Botryococcus braunii opsis и Cheah et al., 2015). При высоких концентрациях CO 2 (10–80%) Scenedesmus spp.показали большую толерантность, чем виды Chlorella , в то время как оба вида могли расти при более низких концентрациях CO 2 (10–30%). Однако Scenedesmus spp. рост был предотвращен при 100% концентрации CO 2 (Hanagata et al., 1992). Мутант Chlorella spp. (штамм KR-1) растет даже при уровнях CO 2 , достигающих 70% (Sung et al., 1998). Дымовые газы из коксовой печи, горячей печи и электростанции на сталеплавильном заводе использовались для Chlorella sp.Выращивание МФТ-15. Сообщалось, что максимальный средний удельный рост и продукция липидов составили 0,77 / день и 0,81 г / л соответственно. Установлено, что Chlorella sp. MFT-15 может эффективно использовать CO 2 , NO X и SO 2 , присутствующие в различных потоках дымовых газов (Kao et al., 2014). Другое исследование показало отличную переносимость S. dimorphus в потоке газа, содержащего высокие уровни CO 2 (2-20%), NO (150-500 частей на миллион) и SO 2 (100 частей на миллион) (Jiang et al. al., 2013).

Скорость фиксации CO 2 микроводорослями также может быть различной для разных видов или даже у мутировавших штаммов одного и того же вида. Оценка пяти различных микроводорослей, пригодных для массового культивирования, показала значительные различия в скорости фиксации CO 2 , а именно: Dunaliella tertiolecta SAD-13.86 (272,4 мг / л / день), Chlorella vulgaris LEB-104 (251,64 мг / л). / день), Spirulina platensis LEB-52 (318,61 мг / л / день), Botryococcus braunii SAG-30.81 (496,98 мг / л / день) и Chlorococcum littorale (1000 мг / л / день) (Sydney et al., 2010). В то время как C. vulgaris фиксировал CO 2 , выделяемый из дымовых газов до 260 мг / л / ч (Larsson and Lindblom, 2011), C. sorokiniana выделял 330 мг / л −1 после 96 часов воздействия дымовой газ, содержащий CO 2 (Lizzul et al., 2014). Также было обнаружено, что мутантный штамм Scenedesmus obliquus WUST4 улавливал CO 2 из дымовых газов и накапливал высокую концентрацию биомассы (0.922 г / л) при 10% CO 2 концентрациях, по сравнению с немутантным S. obliquus (0,653 г / л) при более высокой концентрации CO 2 (20%) (Li et al. ., 2011).

Технология системы выращивания микроводорослей

Тип конечной продукции, источник питательных веществ, критерии выращивания (улавливание CO 2 , биотопливо и т. Д.) И капитальные затраты (CC), а также эксплуатация и техническое обслуживание (O&M) являются движущими силами разнообразия в Системы выращивания описаны в литературе.Системы культивирования микроводорослей можно разделить на два основных состояния: «открытые» или «закрытые» системы, хотя иногда эти группы могут перекрываться. По сути, «открытые» системы (такие как пруды, лагуны и глубокие каналы) обычно создаются на открытом воздухе. «Закрытые» системы обычно располагаются в помещении при искусственном освещении или на открытом воздухе при солнечном свете и должны включать сосуды или трубки со стенками из прозрачных материалов. Эти системы выращивания и производство в промышленных масштабах для каждой системы были сравнены и сведены в Таблицу 1.

Таблица 1 . Системы коммерческого выращивания микроводорослей и их применение для очистки сточных вод.

Открытые системы

Исторически открытые водоемы использовались для выращивания водорослей в промышленных масштабах из-за их низкой стоимости строительства и простоты эксплуатации (Cai et al., 2013). В целом эти системы можно разделить на естественные или искусственные водные системы. В естественных водных системах производство водорослей происходит в озерах, лагунах и прудах. Искусственные водные системы бывают разных размеров, предлагают большую степень контроля окружающей среды и включают искусственные пруды, резервуары и различные надземные и подземные резервуары (Ugwu et al., 2008).

Кроме того, в зависимости от приложения были разработаны различные формы, размеры и типы открытых систем (Tredici, 2004). Что наиболее важно, открытые системы можно классифицировать как пруды без перемешивания и пруды с мешалкой с точки зрения аэрации и распределения питательных веществ в среде. Короче говоря, пруды без перемешивания более экономичны и проще в управлении, тогда как пруды с мешалкой обеспечивают надлежащую аэрацию, свет и распределение питательных веществ, что, в свою очередь, улучшает рост микроводорослей.

Пруды без мешалки

Пруды без перемешивания со средней глубиной полметра или меньше являются простейшими из средних и крупных сооружений для культивирования.Более 30 тонн в год (сухой вес) водорослей собирают из неперемешиваемых прудов и озер в Юго-Восточной Азии (Lee, 1997). В естественных водоемах без перемешивания пруды подвергаются тем же процессам, которые включают хищничество зоопланктона, смешанные популяции водорослей, а также потенциальный рост патогенов (простейшие и бактерии) (Chaumont, 1993).

Соответственно, количество видов микроводорослей ограничено, namel

Очистка промышленных сточных вод

  • Новости
  • Инвесторам
  • Карьера
  • Связаться с нами
США — Канада — EN
  • Китай — 中文
  • Deutschland — DE
  • Франция — FR
  • Соединенное Королевство — EN
  • США — Канада — EN
  • Мой счет
    • Войти
    • Создать учетную запись
    Магазин

    Проверенные решения для очистки воды и сточных вод

    • Новости
    • Инвесторам
    • Карьера
    • Связаться с нами
    США — Канада — EN
    • Китай — 中文
    • Deutschland — DE
    • Франция — FR
    • Соединенное Королевство — EN
    • США — Канада — EN
    • Мой счет
      • Войти
      • Создать учетную запись
      Магазин

      Очистка сточных вод

      Перейти к основному содержанию Меню Поиск
      • рынки
        • Назад
        • Гражданское и культурное
          • Назад
          • Обзор →
          • Аэропорты
            • Обзор →
            • Концессии аэропорта
            • Дизайн терминала аэропорта
            • Инфраструктура воздушной зоны
            • Придорожная инфраструктура
          • Гражданский
            • Обзор →
            • Управление твердыми отходами
          • Культура и развлечения
            • Военная и общественная безопасность
              • Центры спорта и отдыха
                • Транзит
                • Прибрежные и морские
                  • Назад
                  • Обзор →
                  • Снижение риска прибрежных наводнений и восстановление
                    • Планирование и восстановление прибрежных и морских бедствий
                      • Энергетическая устойчивость прибрежных и морских районов
                        • Прибрежные, морские экосистемы и экосистемы Великих озер
                          • Порты и морские терминалы
                          • Образование
                            • Назад
                            • Обзор →
                            • PreK-12
                              • Обзор →
                              • Легкая атлетика / Исполнительское искусство / Другое
                              • Планирование облигаций и прототипы
                              • Карьера и техническое образование (CTE)
                              • Дошкольное образование
                              • Начальные школы
                              • Вузы
                              • Средние школы
                            • Высшее образование
                              • Обзор →
                              • Академические учреждения и библиотеки
                              • Академическая наука
                              • Карьера и техническое образование
                              • Студенческая жизнь
                            • Исследования + Бенчмаркинг
                            • Окружающая обстановка

                              • Назад
                            • Здоровье
                              • Назад
                              • Обзор →
                              • Академические медицинские центры
                                • Скорая медицинская помощь
                                  • Амбулаторная помощь
                                    • Психического здоровья
                                      • Лечение рака
                                        • Детское Здоровье
                                          • Терапия частиц
                                            • Старший уход
                                              • Женское здоровье
                                              • Промышленное
                                                • Назад
                                                • Обзор →
                                                • Строительные товары
                                                  • Дата-центры
                                                    • Еда и напитки
                                                      • Производство
                                                        • Операции, техническое обслуживание и складские помещения
                                                          • Порты и морские терминалы
                                                            • Целлюлоза, бумага, ткани и упаковка
                                                              • Управление твердыми отходами
                                                                • Склад, распределение и логистика
                                                                • Добыча полезных ископаемых
                                                                  • Назад
                                                                  • Обзор →
                                                                  • Разработка горных проектов
                                                                    • Шахтные объекты
                                                                      • Шахтная вода
                                                                        • Хвосты и отходы
                                                                          • EPCM Mining
                                                                            • Закрытие шахты и восстановление
                                                                            • Нефтяной газ
                                                                              • Назад
                                                                              • Обзор →
                                                                              • Целостность активов
                                                                                • Обычное производство и сбор
                                                                                  • Газопереработка
                                                                              .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.