Методы и сооружения биологической очистки - раздел Экология, «ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ» Естественные Методы: Почвенная Очистка На Полях Фильтрации (Орошения) ...
Естественные методы: почвенная очистка на полях фильтрации (орошения) и очистка в биологических прудах.
Биологическая очистка на полях орошения заключается в том, что при прохождении стоков через слой почвы в последней адсорбируются взвешенные и коллоидные вещества, образующие микробиологическую плёнку. Эта плёнка окисляет задержанные органические вещества и минерализует их. Такие поля оснащены системой подводящих, распределительных и отводящих сооружений. Простейший вариант поля орошения для очистки непромышленных стоков описан в монографии Б. Небел Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2-х т. Пер. с англ. – М: Мир, 1993. – Т.1 – 420 с., Т.2-424с. Неочищенные стоки города Эммитсберга (США) сначала поступают в пруд, где оседает мусор и самые крупные частицы. Это – первичная очистка, характерная практически для всех методов биоочистки. Часто вместо пруда используются большие баки, называемые первичными отстойниками. Затем стоки подаются на поля с пахотным слоем около 30 см. Здесь выращивается канареечник – кормовой злак, активно поглощающий из почвы азот и другие биогены. Глинистая водонепроницаемая подпочва образует плавный уклон в направлении от оросительной трубы: сточные воды просачиваются сквозь пахотный слой и стекают в дренажную канаву на другой стороне поля. По мере прохождения стоков сквозь почву обитающий в ней биоценоз (см. рисунок 14.1) разлагает и усваивает органические отходы и обогащает почву биогенами. Канареечник поглощает питательные элементы, поэтому вода на выходе поля весьма чистая и почти лишена их. Эту воду используют для полива кормовых культур, канареечник скашивают и скармливают скоту. Таким образом, биогены совершают полный круговорот, попадая из сточных вод в траву, в мясо животных, в человека, затем опять в стоки и в почву.
Серьёзным препятствием для подобной очистки и использования промышленных стоков является частое содержание в них ядовитых веществ – свинца, ртути, хрома, не разлагаемой органики. Между тем, промышленность часто сбрасывает свои отходы в коммунальные очистные системы, эти отходы подавляют организмы, участвующие в системах биоочистки и серьёзно снижают её эффективность. Предварительная очистка промышленных стоков от ядовитых отходов позволит шире использовать сточные воды для орошения.
Биологические пруды – искусственные водоёмы с использованием естественных процессов – применяются для очистки промышленных и коммунальных стоков. Здесь культивируют биоценозы, аналогичные рассмотренным для случая полей орошения. Различают биологические пруды с естественной и искусственной аэрацией. Последняя позволяет значительно уменьшить требуемую площадь прудов.
Биологическая очистка сточных вод в искусственных сооружениях производится в биологических фильтрах, аэротенках и окситенках.
В биофильтрах сточная вода из отстойников (первичных) разбрызгивается и стекает струйками по слою щебня, гравия и т.п. загрузочного фильтроматериала, толщина которого может достигать 2…3 м. При разбрызгивании сточная вода обогащается кислородом. Как и в естественных ручьях, в этих условиях функционирует сложная экосистема из бактерий, простейших, мелких червей и других микро- и макроорганизмов, прикреплённых к элементам фильтроматериала. Они “выедают” из протекающей воды органическое вещество, включая патогенов. Случайно смытые с биофильтров организмы устраняются во вторичных отстойниках. В биофильтрах сточные воды теряют до 90 % органических веществ. Интенсивность биоокисления органического вещества в биофильтре повышается при подаче сжатого воздух через фильтр в направлении, противоположном фильтрованию.
Аэротенки представляют собой, в сущности, отстойники, в которые помещают активный ил – смесь микро- и макроорганизмов – детритофагов, то есть пожирателей неживого органического вещества, образующих специфический водный биоценоз (рисунок 14.1) с водой, органическим веществом, биологически неокисляемыми растворёнными веществами и биологически неокисляемой частью клеточного вещества. По мере движения воды по аэротенку она интенсивно аэрируется сжатым воздухом, то есть создаётся идеальная среда для развития указанных организмов.
Окситенки - модификация аэротенков, в которые вместо сжатого воздуха поступает газообразный кислород, что приводит к интенсификации процессов окисления.
Сточная вода после аэро- и окситенков направляется во вторичные отстойники, осадок которого – тот же активный ил, который снова направляют в аэрационный резервуар. Излишки активного ила вместе с илом – сырцом (осадком и всплывшим грубодисперсным веществом в первичном отстойнике) направляют на переработку – сбраживание или компости-рование. В результате получают метан и качественное удобрение (гумус) для сельскохозяйственных полей и газонов.
До трёх последних десятилетий острой необходимости в дополнительной очистке сточных вод после вторичной (после вторичных отстойников) не ощущалось. Воду дезинфицировали хлоркой и сбрасывали в естественные водоёмы. Однако по мере развития эвтрофизации всё более значимой становится проблема введения ещё одного этапа очистки – доочистки, устраняющей биогены. Например, фосфаты можно устранить, добавив в воду известь (ионы кальция). Образуется нерастворимый фосфат кальция, который можно удалить фильтрованием. Если избыток фосфата – главная причина эвтрофизации, этого уже достаточно.
При соответствующей доочистке можно добиться того, что получится вода, пригодная для питья. В обозримом будущем предстоит всё чаще решать вопрос о том, оправданно ли направление такой воды в сеть муниципального водоснабжения. Если вопрос нехватки воды обострится, то, по-видимому, ответ всё чаще будет положительным. Многие из нас бледнеют при мысли о подобном вторичном использовании сточных вод, в частности, городских канализационных стоков. Однако, вероятнее всего, с этим придётся смириться: ведь и в природе в любом случае вода совершает круговорот. Между тем подходящая доочистка может обеспечить воду гораздо лучшего качества, чем получаемая из многих рек и озёр, в которые сбрасываются практически неочищенные канализационные стоки.
Перед сточными водами, прошедшими вторичную биоочистку, есть альтернативный путь: на орошение сельскохозяйственных полей и газонов – в случаях, когда это предотвращает забор таких же количеств чистой воды из естественных водоёмов.
Все темы данного раздела:
Нарушение естественных циклов круговорота веществ в биосфере
Процессы фотосинтеза органического вещества на Земле продолжаются сотни миллионов лет. Поскольку запасы химических элементов на Земле конечны, то за миллионы и миллиарды лет их ассимиляции они, каз
Обратная связь в экосистемах
Установлено, что все компоненты экосистем обмениваются между собой информацией: химической, энергетической, генетической, этологической. Этот обмен происходит по специфическим каналам передачи инфо
Помехи в экосистемах
При некоторых условиях обратная связь, т.е. передача информации, может быть нарушена. К таким нарушениям в предыдущих примерах могут быть отнесены уменьшение численности птиц или лис из-за ухудшени
Биохимические и клеточные эффекты
Наиболее отрицательное воздействие на клеточном уровне оказывают следующие загрязняющие вещества атмосферы: диоксид серы (SO2), фториды, озон (О3). Механизм их д
Воздействие на уровне организма
После того как повреждению подвергается значительное количество клеток, симптомы становятся видны невооруженным глазом. Они, как правило, схожи для разных типов загрязнителей, а также похожи на дей
Воздействие на экосистемы
Выживаемость любой популяции зависит от ее генетического разнообразия. Различия в реакции на изменение внешних факторов между различными представителями одного и того же вида определяют селекционну
Кислотные дожди
Осадки (дождь, снег) обычно имеют кислую реакцию с кислотностью рН = 5,5-5,7. Это связано с природным поступлением в атмосферу диоксида углерода и оксидов азота и серы. Однако из-за промышле
Масштабы производственной деятельности человека
Научно-технический прогресс создал большие возможности для повышения комфортности и качества жизни человека. Вместе с тем он создал опасность самому существованию человека и всего живого на Земле и
Этапы и формы изменения биосферы человеком
Уже в начале 20–го века академик В.И. Вернадский отмечал, что производственная деятельность человека по своим масштабам становится сопоставимой с геологическими процессами. Однако до такого уровня
Строение и состав газовой оболочки Земли
Благодаря специфическому газовому составу, способности поглощать и отражать солнечную радиацию, озоновому слою, в котором задерживается основная часть коротковолнового излучения Солнца, благоприятн
Источники загрязнения атмосферы
Уже начиная с XIX столетия, по мере развития промышленности, а затем энергетики и транспорта газовое равновесие в атмосфере начинает нарушаться: в круговорот естественный начинает вмешиваться социа
Нормирование атмосферных загрязнений
Основной физической характеристикой примесей атмосферы является их концентрация (мг/м3). Концентрация примесей определяет физическое, химическое и другие виды воздействия вещества на окр
Источники загрязнения гидросферы
Вода – самый распространенный минерал в биосфере, основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода в главном биосферном процессе – фотосинтезе.
Масштабы использования воды
Источники загрязнения литосферы
Всё то, что человек добывает, производит, выращивает, потребляет, в конце концов, превращается в отходы. Часть из них удаляется вместе со сточными водами, другая часть в виде газов, паров и пыли по
Источники энергетических загрязнений
Наряду с химическими загрязнителями на окружающую среду и человека воздействуют физические поля. Как и химические загрязнители, физические поля подразделяются на естественные и антропогенные. Естес
Поступление в атмосферу антропогенной теплоты
Производство человеком тепловой, электрической и других видов энергии (а она вся, в конечном счете, превращается в теплоту) приводит к большим поступлениям теплоты в окружающую среду. По оценкам, м
Соотношение уровней воздействия антропогенных и естественных выбросов на биосферу, явления смога и кислотных дождей
Доля твердых частиц и вредных газов (SO2, NOX, CO и др.), появившихся в атмосфере Земли в результате антропогенной деятельности, по данным на начало 1970-х годов, невелика по
Антропогенное воздействие на стратосферный озон
Известно, что исключительно важное значение для сохранения жизни на Земле имеет озоновый слой, находящийся в стратосфере. Десять процентов озона содержится в тропосфере – между поверхностью Земли и
Действие атмосферных загрязнителей в городах
Локальные воздействия атмосферных антропогенных загрязнителей, действующих на ограниченной территории, более всего проявляют себя в городах и промышленных конгломерациях. В результате на ограниченн
Температурная стратификация атмосферы и инверсии температуры
Замечено, что атмосфера в данной местности может находиться в различном состоянии, что предопределяет различие условий рассеяния вредных выбросов (атмосферных загрязнителей). Можно показать, что ес
Воздействие на водную среду тепловых загрязнений
Многие промышленные производства используют большие количества воды, выбрасывая отработанную воду в естественные водоемы. Особенно этим отличается энергетика (табл. 4.1).
Со строительством
Воздействие атмосферных загрязнителей на организм человека
Электростанции, котельные, промышленное производство, транспорт, пожары, другие источники загрязняют атмосферу, в основном, оксидами серы, азота, угарным газом (CO), твердыми частицами, углеводород
Загрязнение воздуха в помещениях
Закрытые помещения (квартиры, офисы и т.п.) характеризуются специфическими условиями в экологическом отношении.
Движение за энергосбережение привело к стремлению герметизи-ровать помещения
ЛЕКЦИЯ 5. Ущерб от загрязнения окружа-ющей среды
Ущерб, который наносится окружающей среде производственной деятельностью человека, совершенно очевиден: деградация и гибель экосистем, снижение урожайности сельскохозяйственных культур, значимое ух
Концепция устойчивого развития как инструмент преодоления глобального экологического кризиса
Как уже отмечалось выше, осознание человечеством наступления экологического кризиса началось со второй половины 20-го века. Возможно, ключевым моментом процесса осознания наступления кризиса стал п
Принципы организации охраны окружающей среды и ее правовой защиты
Недавняя абсолютная монополия государственной собственности на природные ресурсы в бывшем СССР способствовала развитию экологического кризиса и в бывшей (советской) Российской Федерации, и в соврем
Органы охраны окружающей природной среды
Органы управления охраной окружающей среды разделены на две категории: общей и специальной компетенции.
К государственным органам общей компетенции относятся Президент Российской Федерации
ЛЕКЦИЯ 7. Законодательство в области охраны окружающей среды
В систему правовой охраны природы в РФ входят четыре группы юридических мероприятий:
• правовое регулирование отношений по поводу использования, сохранения и восстановления природных ресур
Природоохранительная ответственность
Природоохранительная ответственность подразделяется на материаль-ную (восстановление, возмещение ущерба); административную (предупреж-дение, штраф, изъятие орудий лова, лишение прав охоты и рыбной
Стандарты в области защиты окружающей среды
Экологические требования и нормы содержатся в многочисленных технических, технико-экономических и других нормах и правилах. Основополагающие экологические требования, служащие основой для разработк
Показатели экологических стандартов
В РФ основой стандартизации являются ГОСТы. Наряду с ними существуют ОСТы. Они регулируют как размеры загрязнений и качество природных ресурсов и систем, так и мероприятия по охране и контролю, а т
ПДК загрязняющих веществ в водной среде и в почве
ПДК вредных веществ в водных объектах нормируются для более чем 640 ингредиентов для объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения и для более чем 150 ингредиентов для объектов ры
Уменьшение загрязнения воздушной среды от промышленных предприятий
Существует ряд мероприятий, направленных одновременно на уменьшение загрязнения внутренней и наружной среды. Рассмотрим некоторые из них.
Уменьшение загрязнения внутренней производственной
Методы и средства контроля воздушной среды
Гравитационный метод. Гравитационный (весовой) метод заключается в выделении частиц пыли из пылегазового потока и определении их массы. Отбор проб воздуха, содержащего частицы пыли, проводят, напри
Характеристика водных ресурсов Земли
В гидросфере Земли происходит круговорот воды. Перемещение воды происходит во всех направлениях. Распределение воды в гидросфере, в том числе в разных агрегатных состояниях представлено в таблице 9
Потребители пресной воды
Пресная вода расходуется на удовлетворение хозяйственно-бытовых нужд населения, промышленностью, сельским хозяйством. Различают возвратное потребление – с возвращением забранной воды в источник (ко
Потери пресной воды. Экологические последствия
Как отмечено выше, объём речных вод составляет ничтожную часть (0,0001 %) объёма гидросферы. Между тем до настоящего времени потребление человеком пресной воды осуществляется, главным образом, за с
Источники загрязнения воды, экологические последствия загрязнения природных вод
Согласно рекомендациям Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) вода в водоёме (водотоке) считается загрязнённой, если в результате изменения её состава или состояния вода становится менее приго
ЛЕКЦИЯ 10. Нормирование, регулирование, контроль качества воды в водоемах
10.1 Нормирование и регулирование качества воды в водоёмах
Охрана водоёмов от загрязнений осуществляется в соответствии с «Санитарными правилами и нормами охраны поверхнос
Основы процессов и принципы механической очистки стоков
Механическая очистка сточных вод – технологический процесс очистки сточных вод механическими и физическими методами. Она применяется с целью выделения из стоков грубодисперсных минеральных и органи
Очистка сточных вод от нефтепродуктов
Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов можно отнести к группе методов механической очистки от суспензий и эмульсий. В настоящее время такая очистка производится, в основном, отстаиванием, обр
Коагуляция, флокуляция и электрокоагуляция
В практике очистки сточных вод метод коагуляции часто применяется после удаления грубодисперсных примесей – для удаления коллоидных частиц. Коагуляция – процесс слипания коллоидных частиц и образов
Сорбция
Сорбция – процесс поглощения вещества (сорбата) из очищаемой среды твёрдым телом или жидкостью (сорбентом). Поглощение вещества массой жидкого сорбента – абсобция, поверхностным слоем твёрдого сорб
Экстракция
Метод применяется для удаления из стоков примесей, представляющих техническую ценность (фенолы, жирные кислоты), основан на распределении примеси в смеси двух взаимонерастворимых жидкостей (сточной
Ионный обмен
Метод (гетерогенный ионный обмен или ионообменная сорбция) основан на процессе обмена между ионами, находящимися в растворе (в сточных водах), и ионами, присутствующими на поверхности твёрдой фазы
Электродиализ
Этот метод – вариант ионного обмена. Но в нём ионитный слой заменён специальными ионообменными мембранами, а движущая сила – внешнее электрическое поле.
При наложении постоянного электриче
Гиперфильтрация (обратный осмос) и ультрафильтрация
Гиперфильтрация – процесс непрерывного молекулярного разделения растворов путём их фильтрования под давлением через полунепроницаемые мембраны, задерживающие полностью или частично молекулы либо ио
Другие методы физико-химической очистки сточных вод
Эвапорация. Этот метод строится, в основном, либо на пароциркуляционном процессе, либо на азеотропной ректификации. В первом случае загрязнения отгоняются с циркулирующим водяным паром. При этом ст
Нейтрализация
Типичная реакция нейтрализации:
H+ + OH- = H2O .
При подборе соответствующей концентрации нейтрализующего иона, например, ОН-, вводимог
Окисление
Метод используется для обезвреживания стоков, содержащих токсичные соединения (цианиды, комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод или очищат
Общие представления о биологической очистке сточных вод
Биологическая очистка сточных вод – технологический процесс очистки сточных вод, основанный на способности биологических организмов (редуцентов) разлагать загрязняющие вещества.
Биологичес
Влияние факторов на биологическую очистку стоков
Температура. Как правило, оптимальные температуры для аэробных процессов 20…30°С; существуют группы бактерий, функционирующих в других температурных интервалах: психофилы – 10…15°С, термофил
Глубокая очистка и обеззараживание сточных вод
Содержащиеся в биологически очищенных сточных водах биомасса, растворённые органические загрязнения, поверхностно-активные вещества (ПАВ), биогены (N, P) препятствуют сбросу их в водоёмы или повтор
Лекция 15. Оборотные системы водос-набжения промышленных предприятий
Большинство промышленных предприятий являются крупными потребителями воды, что обусловлено универсальностью её свойств и распространённостью на Земле.
Так, в энергетической
Лекция 16. Уменьшение загрязнения окру-жающей среды твердыми отходами. Прин-ципы защиты окружающей среды от энер-гетических воздействий
Всё то, что человек добывает, производит, выращивает, потребляет, в конце концов, превращается в отходы. Часть из них удаляется вместе со сточными водами, другая часть в виде газов, паров и пыли по
Энергетические загрязнения и принципы их нормиро-вания как главные компоненты комплекса мер по защите окружающей среды
Одной из основополагающих компонент комплекса мер по защите окружающей среды от энергетических загрязнений является их нормирование, то есть установление того уровня энергетического загрязнения, пр
Рециклизация
Даже при достаточных площадях, отводимых под новые полигоны, сама их система неустойчива. В итоге человечество может получить покрытый «пирамидами» отходов ландшафт и сотни тысяч людей, обслуживающ
Обработка осадка сточных вод
Практически от 30 до 50 % присутствующего в канализационных стоках органического вещества входит в ил-сырец, оседающий в отстойниках и на других стадиях очистки. Он представляет собой густую, чёрну
Отходы как источник энергии
Сжигание твёрдых отходов целесообразно в случае использования тепловой энергии и очистки уходящих газов. Этот процесс происходит на мусоросжигательных станциях, имеющих паровые котлы со специальным
Безотходное и малоотходное производства
Использование всех рассмотренных в этой главе способов уменьшения загрязнения окружающей среды не позволяет решить проблему в полной мере и сопряжено с ростом затрат на их реализацию. Альтернативой
Экологический мониторинг
Для разумного управления охраной окружающей природной среды необходимы:
1) наблюдение за состоянием окружающей среды;
2) оценка состояния окружающей среды;
3) прогноз воз
Экологический контроль состояния окружающей среды
Организация контроля состояния окружающей среды в регионах возложена на местные природоохранные органы по следующим направлениям: недропользование, земельные ресурсы, водные объекты, атмосферный во
Экологическая паспортизация
Характеристикой совершенства используемых технологий и рациональ-ного природопользования являются удельные показатели как расхода сырья, топлива и энергии, так и выбросов (сбросов) в окружающую сре
Экологическая экспертиза
Основная задача государственной экологической экспертизы заключа-ется в предупреждении возможных неблагоприятных воздействий намечаемой хозяйственной и иной деятельности на окружающую природную сре
Экономический механизм природопользования, платность природных ресурсов
Противостояние экономики и экологии – одна из главных проблем охраны окружающей природной среды. Ранее её пытались решать путём административно-командных методов воздействия на основе запретов, огр
Лицензирование природопользования
Лицензирование природопользования – административно-правовое регулирование экологических отношений методами запрета, разрешения и уполномочивания. Лицензия на природопользование имеет три признака,
Арендные отношения в природопользовании и эколо-гическое страхование
Предметом арендных отношений в природопользовании является использование земельных, водных, лесных, рекреационных и других ресурсов. По договору на аренду природных ресурсов одна сторона – арендода
Международное сотрудничество
Международное сотрудничество России в области охраны окружающей среды осуществляется по трём основным направлениям: международные организации, международные конвенции, многосторонние и двусторонние
Новости и инфо для студентов