Tratarea apelor uzate biologice se realizează cu ajutorul organismelor vii de diferite nivele de organizare. Există două domenii de tratament biologic: metoda purificării biologice și metoda de post-tratare biologică a canalizării.
Metoda se bazează pe capacitatea anumitor microorganisme de a se hrăni cu substanțe organice și unele substanțe anorganice dizolvate în apă. În timpul consumului acestor substanțe, ele sunt oxidate de oxigenul dizolvat în apă. O parte din substanța care urmează să fie oxidat de microorganisme este folosită pentru creșterea biomasei și pentru multiplicarea acestor organisme, iar cealaltă este transformată în produse inofensive de oxidare - apă, dioxid de carbon, azot etc.
Pentru a crea celule noi, microorganismele folosesc carbon, hidrogen, oxigen, sulf și microelemente, pe care le primesc din substanțele organice distruse. Elementele care lipsesc pentru construirea celulelor, cel mai adesea azot, fosfor și potasiu, trebuie adăugate la efluenții tratați ca săruri sau pentru purificarea apei uzate industriale împreună cu apele menajere uzate.
Microorganismele care participă la procesul de tratare biologică sunt formate ca nămol activ sau biofilm. nămol activat are formă de fulgi brun-galben mici dimensiuni 3-150 microni, suspendat în apă și constituie o colonie de microorganisme vii, inclusiv bacterii, mucus care formează capsule (zoogloeas). Un biofilm este o murdărire mucoasă prin microorganisme vii dintr-un material de filtrare a instalațiilor de tratare.
Intensitatea și eficiența curățării influențează condițiile de viață ale microorganismelor din stațiile de epurare. Mai întâi de toate, microorganismele necesită oxigen pentru oxidarea substanțelor organice. Pentru a satura apa uzată cu oxigen, este aerată, rupând fluxul de aer în bule, care sunt distribuite cât mai uniform posibil în volumul apei reziduale. Din bulele de aer, oxigenul este absorbit de apă și apoi transferat către microorganisme. Insuficiența alimentării cu aer încetinește procesul de curățare.
De mare importanță este regimul de temperatură al purificării biologice. Atunci când temperatura apei menajere scade de la 20 la 6 ° C, viteza procesului de purificare încetinește aproximativ de două ori, iar cu o creștere a temperaturii de la 20 la 37 ° C, viteza de oxidare biochimică crește de 2 până la 2,5 ori.
Cel mai favorabil mediu pentru bacterii este neutru sau ușor alcalin. La 9 <рН <5 эффективность очистки резко снижается.
Eficiența tratamentului biologic depinde și de cantitatea de nămol activ în apele reziduale tratate. Cu cât este mai mare concentrația de praf în apă, cu atât mai intensă este procesul de purificare, cu condiția să existe suficientă cantitate de oxigen în apă, există o bună amestecare a apei, a nămolului și a aerului. De obicei, concentrația nămolului este menținută în intervalul 2-4 g / l.
În practică, se utilizează două metode de tratare biologică a apelor uzate: aerobic și anaerob.
Metoda aerobă este efectuată de bacterii în prezența oxigenului în apă. Procesele aerobe de purificare biologică pot apărea în condiții naturale și în structuri artificiale. În condiții naturale, curățarea are loc pe câmpurile de irigare, câmpurile de filtrare și iazurile biologice. Procesele naturale de purificare biologică sunt extinse, iar în prezent acestea sunt mult mai puțin utilizate în practica tratării industriale a apelor reziduale.
În structurile artificiale procesele de purificare au loc la o rată mult mai mare decât în condiții naturale, prin urmare tratamentul biologic aerobic al apelor uzate industriale este principala metodă în multe industrii.
Există mai multe tipuri și modele de aerare, dar toate acestea sunt construite pe același principiu: un amestec de apă și nămol activ se deplasează încet prin rezervoarele alungite dreptunghiulare (secțiuni) ale rezervorului de aerare și este saturat continuu cu aer alimentat în apă prin filtrosy așezată pe fundul rezervorului de-a lungul peretelui său longitudinal sau într-un alt mod. Buburile de aer se ridică, amestecă nămolul activat cu apele uzate și împiedică depunerea flocoanelor în fundul rezervorului de aerare.
Aerotanks pot fi clasificate în funcție de modul hidrodinamic de funcționare ca aerotanks de deplasare ideală; aeronave de amestecare ideală; aeronave de tip intermediar. În practică, cel mai adesea se utilizează mixere cu aerotanzi și mixere cu aerotanzi.
În Fig. 15 prezintă schema aerotank-propulsor.
Fig. 15. Schema rezervorului de aerare
Apa care urmează să fie purificată prin rezervorul de decantare primar 1 la intrare 2 în rezervorul de aerare 3 și trecându-l la borna 4 cade în decantorul secundar 5 unde nămolul activat este separat. Apa purificată este trimisă prin conducta 6 pentru tratare ulterioară. O parte din nămolul activat prin conducta 8 de nămol de retur este returnată la procesul de curățare (la capul rezervorului de aerare), iar excesul este îndepărtat din sistem prin conducta 7.
Aeronavele-propulsoare au o serie de deficiențe; în special, ele nu pot crește intensitatea procesului de purificare, crescând concentrația nămolului activat. Sunt foarte sensibili la supraîncărcări, astfel încât, după fiecare încălcare a regimului, este nevoie de mult timp pentru a restabili performanța sistemului.
Este mai util să se utilizeze mixere de aerare, în care se introduce un amestec de apă reziduală și nămol activat de-a lungul întregului perete longitudinal al rezervorului de aerare, iar retragerea se face din partea opusă. În acest caz, porțiunile fluxului de intrare se amestecă aproape instantaneu cu toată masa de lagăre lichidă și activă care este curățată, ceea ce permite distribuirea uniformă a contaminării și a oxigenului dizolvat în volumul rezervorului de aerare.
Schema dispozitivului rezervor de aerare este prezentată în Fig. 16.
Fig. 16. Diagrama mixerului de aerare: 1 - decantor primar; 2 - introducerea apei purificate în rezervorul de aerare; 3 - rezervor de aerare; 4 - drenajul apei din rezervorul de aerare; 5 - rezervor secundar de decantare; 6 - retragerea apei purificate din sistem; 7 - retragerea nămolului activ în exces; 8 - țeavă de retur pentru nămolul activat
Tratarea apei reziduale în oxitrenele a fost dezvoltată și utilizată pe scară largă, folosind oxigen pur și nămol activ cu o concentrație ridicată în loc de aer. Concentrația de oxigen din oksitenkov apă ajustat la 10 - 12 mg / l (în loc de 2-4 mg / l în rezervoarele de aerare), iar doza de nămol activat până la 15 g / l (în bazine de aerare - 2 - 4 g / l); puterea oxidativă a oxithenei este mai mare decât cea a aerotancilor, de 5 până la 6 ori. Această metodă este folositoare în acele întreprinderi în care există oxigen tehnic propriu sau poate fi obținut de la întreprinderi chimice învecinate.
Pentru tratamentul aerobic se utilizează și biofiltri. Acestea sunt structuri din corpul căruia este amplasată o duză de forfecare și sunt prevăzute dispozitive de distribuție pentru ape reziduale și aer. În biofiltru, apa reziduală este filtrată printr-un strat de încărcătură acoperit cu un strat de microorganisme care oxidează substanțele organice, utilizându-le pentru a satisface nevoile fiziologice. Astfel, compușii organici sunt îndepărtați din apa reziduală, iar masa biofilmului activ crește. Biofilmul uzat este spălat prin scurgerea apei reziduale și efectuat din biofilter. Procesul de curățare în biofilter este influențat în mod semnificativ de temperatura ambiantă. Procesele biochimice continuă cu eliberarea căldurii, cu căldură biofiltru și instalații mari care sunt protejate împotriva pierderilor de căldură, chiar și în înghețuri mici (până la -6 ° C).
Biofiltrele au multe dezavantaje. Gestionați procesul de curățare în ele numai prin reglarea alimentării cu apă; acestea devin silite, determinând capacitatea lor oxidativă să scadă brusc; În procesul biofilterului, apar adesea mirosuri neplăcute; în ele sunt plantate organisme nespecifice, în special, larvele muștelor, care slăbesc biofilmul, îl duc cu apă.
Etapa finală a tratării biologice a apelor reziduale este purificarea sau post-tratarea canalizării pre-tratate în iazuri biologice. Iazurile biologice reprezintă o cascadă de structuri cu o adâncime de 1,0-1,5 m, prin care apele uzate tratate curg cu o rată nesemnificativă. Există iazuri cu aerare naturale și artificiale. Timpul de ședere în iazuri depinde de tipul și concentrația contaminanților, de gradul de pre-tratament, de utilizarea în continuare a apei purificate și fluctuează în decurs de 3 până la 50 de zile. Dacă iazurile au aerare artificială, timpul de rezidență al apei în ele este mult redus.
iazurile biologice au dezavantaje semnificative care limitează aplicarea lor: exploatare sezonieră, capacitatea de oxidare scăzută, ocupă o suprafață mare, prezența (zone fictive) stagnant incontrolabilitate a procesului de curățare, complexitatea în exploatare.
Uneori se efectuează curățarea pe câmpurile de irigare. Acestea sunt zone special pregătite, utilizate simultan pentru tratarea apelor reziduale și scopuri agro-culturale. Tratarea apelor reziduale în domeniul irigării se realizează cu ajutorul microflorei solului, a soarelui, a aerului și a activității vitale
În procesul de tratare biologică se formează sedimente în rezervoarele de sedimentare, care trebuie să fie îndepărtate periodic de la acestea. Prelucrarea sau reciclarea acestor depozite este foarte dificilă datorită volumului lor mare, compoziției variabile, prezenței unui număr de substanțe toxice pentru organismele vii, umiditate ridicată.
Deșeurile care nu pot fi utilizate în prezent sunt trimise la depozitele de gunoi pentru eliminare. Dispozitivele de acumulare a nămolului sunt rezervoare de împământare. După umplere completă, acestea sunt conservate și nămolul este alimentat în alte rezervoare de stocare.
Metoda anaerobă de purificare biologică se bazează pe utilizarea de bacterii care nu necesită oxigen și constă în fermentarea substanțelor organice poluante cu apă în dispozitive închise fără acces aer - rezervoare de metan. Aplicarea acestei metode este limitată, este folosită în mod obișnuit pentru pregătirea preliminară a canalizării pentru a reduce concentrația de contaminanți organici cu 10-20 ori și apoi pentru a efectua purificarea ulterioară prin metode aerobe. Cu toate acestea, din cauza complexității acestui proces în două etape, metoda anaerobă este rar utilizată în practică. Cel mai promițător este utilizarea sa pentru fermentarea precipitațiilor și a excesului de țiței activ în rezervoarele de metan pentru a produce biogaz.
Pentru a neutraliza apele reziduale mineralizate, în prezent, se folosesc în principal metode termice care permit separarea sării din apele uzate și obținerea unei ape curgătoare adecvate pentru necesitățile alimentării cu apă circulantă. Procesul de separare a mineralelor și a apei poate fi realizat în două etape: etapa de concentrare și etapa de separare a substanțelor uscate. În multe cazuri, a doua etapă este înlocuită cu îngroparea soluțiilor concentrate. Apele reziduale concentrate pot fi direcționate direct spre un produs uscat, de exemplu un uscător prin pulverizare.
Producția de apă purificată din apele reziduale mineralizate poate fi efectuată în instalații de evaporare, congelare și hidratare cristalină cu acțiune continuă și periodică.
În practică, sunt de obicei utilizate evaporatoare cu unul și mai multe corpuri, inclusiv dispozitive cu circulație naturală și forțată. Pentru evaporarea apei uzate a unui număr de industrii, se utilizează instalații de evaporare cu dispozitive de contact. Ele fac contact direct între lichidul de răcire și apă. Purtătorii de căldură lichizi și solizi pot fi utilizați pentru încălzirea apei.