Технологія біологічного очищення стічних вод різноманітного походження

Технология биологической очистки сточных вод различного происхождения

Ключеві слова
Енергетика та енергоефективність Раціональне природокористування Охорона навколишнього середовища Біотехнології

Опис
Технологія біологічного очищення стічних вод різноманітного походження з одночасним одержанням енергоносіїв (біогазу або водню), яка забезпечує досягнення сучасних нормативних параметрів води призначеної для скиду у природні водойми.
Технологія очищення води реалізується послідовно у спорудах з різними кисневими умовами (анаеробними, аноксидними, аеробними) з використанням іммобілізованого на волокнистому носії біоценозу.
Технологію впроваджено на міських очисних спорудах, підприємствах (шкірзаводи, молокозаводи, пивзаводи). Технологію можливо модифікувати для стічних вод різного складу та концентрації за органічними та неорганічними речовинами, наприклад для стічних вод нафтових комплексів.

Новизна інновації:
Існуючі фізико-хімічні технології очищення стічних вод потребують використання речовин, які самі можуть викликати забруднення, є енерговитратними, потребують додаткових технологій утилізації одержаних речовин, не вирішують питання утилізації осадів. Сучасні технології біологічного очищення стічних вод, розроблені Інститутом колоїдної хімії та хімії води НАН України, ВНІІ ВОДГЕО, зарубіжними компаніями Ludzak-Ettinger, Bardenpho, Biodenitro, Carrousel, JHB, UCT, МUCT, А2/О, з використанням анаеробного процесу за використання гранульованого активного мулу в UASB -реакторах дозволяють ефективно очищувати стічні води, але характеризуються високими експлуатаційними та капітальними витратами.
За запропонованою багатоступеневою анаеробно-аеробною технологією очищення стічних вод з використанням іммобілізованих мікроорганізмів на перших анаеробних стадіях відбувається розклад органічних сполук мікроорганізмами-гетеротрофами з одночасним виділенням біогазу або водню. Сірководень, що утворюється в анаеробній стадії, є сполукою, що осаджує важкі метали за їх наявності в стічній воді. Після обробки осаду можливо їх вилучення.
Для покращення масообміну між стічною водою і іммобілізованими на поверхні волокнистих носіїв мікроорганізмами, а також для зрошення поверхні носіїв, розташованих у газовій фазі анаеробних біореакторів, влаштовано циркуляційний насос.
Після анаеробного біореактора стічні води надходять послідовно у аноксидні та аеробні біореактори. Для створення аноксидних умов і для масообміну на дні споруд влаштовані аератори для дрібнобульбашкової аерації, які забезпечують концентрацію розчиненого повітря близько 0,5 мг/дм3. Концентрація повітря в аеробних біореакторах – близько 2 мг/дм3. Відбувається розкладення органічних речовин, що містяться в стічній воді після анаеробного очищення, окиснення сполук азоту, анамокс-процес, в товщі біообростань – денітрифікація та ін. під дією гетеротрофних і автотрофних бактерій. Процеси відбуваються на поверхні носіїв, в товщі біообростань, а також за участю вільноплаваючих організмів.
Очищені стічні води поступають у відстійники, де видаляються частинки біообростань і вільноплаваючого мулу, які виносяться з аеробного біореактора (осад). Освітлені стічні води задовольняють нормативним параметрам та можуть бути скинуті у водні об’єкти. Осад з відстійника з високим ступенем мінералізації можна видаляти на мулові майданчики для підсушування і утилізації, наприклад, як добрива. Метали також можуть бути сорбовані на поверхні мікроорганізмів або накопичені їх клітинами, у процесі переробки осаду можливе їх видалення для подальшого використання.
За використання розробленої технології утворюється у 3-5 разів менше відходів (осаду) та на 40-60% знижуються витрати електроенергії у порівнянні із класичним аеробним очищенням стічної води. Використання іммобілізованих мікроорганізмів забезпечує високу концентрацію біомаси у споруді (9-20 г/дм3), високу якість утвореного осаду (зольність близько 50%), можливість спротиву залпових викидів, відсутність спухання мулу. На основі результатів лабораторних та виробничих досліджень анаеробно-аеробної технології розроблено методику розрахунку споруди (біореакторів), кількості волокнистого носія як для реконструкції існуючих споруд, так і для нової запроектованої. Використання даної технології одночасно з очищенням стічної води дозволяє отримати біогаз, кількість метану в якому залежить від складу стічної води. Завдяки використанню носіїв з іммобілізованими мікроорганізмами в аноксидних і аеробних біореакторах досягається висока окисна потужність, що дозволяє зменшити їх розміри в 5-10 разів, а також енерговитрати на аерацію порівняно з класичними аеротенками. Компактність біореакторів дає змогу зменшити площу споруд, порівняно з класичними спорудами, і знизити витрати на їх будівництво.

Опис проблеми:
Основною причиною забруднення поверхневих вод є скидання неочищених та недостатньо очищених господарсько-побутових і виробничих стічних вод, що призводить до виникнення анаеробних процесів, гниття органічних забруднень і, врешті-решт, до непридатності водойм-приймачів стічних вод для потреб водокористування, замору риби, цвітіння і заростання, утруднення рекреаційного використання водних об’єктів. Особливо небезпечні стічні води ряду галузей промисловості (легкої, харчової, нафтових комплексів), які містять високі концентрації завислих речовин, високомолекулярних органічних сполук, а також жирів, СПАР, йонів важких металів та інших забруднюючих речовин.
Для очищення комунальних і багатьох типів промислових стічних вод здебільшого використовують традиційні технології біологічного очищення в аеротенках в процесі аеробного окиснення за участю активного мулу. Використання таких технологій для очищення висококонцентрованих стічних вод має низку недоліків: вплив на ефективність очищення нерівномірності надходження стічних вод за витратами і концентраціями забруднень, залежність від температури (низька і швидка зміна температури уповільнюють процес), рН, токсичних для активного мулу речовин (СПАР, йонів важких металів, барвників тощо), невідповідність якості очищеної води встановленим нормам (особливо за сполуками азоту, фосфору), спухання мулу внаслідок розвитку нитчастих бактерій і, як результат, погане відокремлення його від очищеної води, велика кількість надлишкового мулу, який потребує значних витрат на обробку та утилізацію.

Стадія розробки:
Розробка завершена з підтвердженими результатами

Потенційні споживачі, ринки:
Потенційними споживачами є очисні споруди як міст, селищ, локальні (приватні), так і
промислових об’єктів ( харчової галузі, нафтопереробного комплексу та ін.).