Материал: 3365

концентрациях. Для глубокой очистки концентрированных сточных вод анаэробную обработку следует использовать в комбинации с последующей аэробной стадией. Выбор технологии и особенности обработки сточных вод определяется содержанием органических загрязнений в них.

Вопросы для самоконтроля

1.Дайте характеристику аэробной биологической очистке сточных вод.

2.Дайте характеристику анааэробной биологической очистке сточных вод.

Тема 3. Биологическая очистка и дезодорация газовоздушных выбросов

Дезодорация газовоздушных выбросов проводится для устранения запаха газовых потоков, содержащих примеси органических и неорганических веществ. Концентрация этих примесей в большинстве случаев ниже предельно допустимых значений, т.е. выбросы, являются «чистыми» с точки зрения санитарных норм. Однако наличие запаха не позволяет выбрасывать такие отходящие газы в атмосферу без дополнительной обработки.

В зависимости от свойств неприятно пахнущих веществ, физикохимических параметров, концентрации их в газах и воздействия на человека и окружающую среду применяются различные методы дезодорации газов.

Метод биологической очистки основан на улавливании и ассимиляции влажной массой или водной суспензией, содержащей микроорганизмы. Газофазная обработка включает облучение газов ультрафиолетовыми лучами, введение в газ озона или специальных веществ, способных отражать, маскировать, блокировать восприятие неприятного запаха. Биохимические методы газоочистки основаны на способности микроорганизмов разрушать и преобразовывать различные соединения. Разложение веществ происходит под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами под влиянием отдельных соединений или группы веществ, присутствующих в очищаемых газах.

Биохимические методы газоочистки более всего применимы для очистки отходящих газов постоянного состава. При частом изменении состава газа микроорганизмы не успевают адаптироваться к новым веществам и вырабатывают недостаточное количество ферментов для их разложения, в результате чего биологическая система будет обладать слабой разрушающей способностью по отношению к вредным компонентам газов.

Микроорганизмы утилизируют аммиак, окисляют сернистый газ, сероводород и диметилсульфоксид. Образуемые сульфаты утилизируются другими микробными видами. Есть данные об эффективном окислении

аэробными карбоксидобактериями моноокиси углерода, являющейся одним из наиболее опасных воздушных загрязнителей. Представители рода Nocardia эффективно разрушают стерины и ксилол; Hyphomicrobium –

дихлорэтан; Xanthobacterium – этан и дихлорэтан; Mycobacterium –

винилхлорид.

Наиболее широким спектром катаболических путей характеризуются почвенные микроорганизмы. Так, только представители рода Pseudomonas способны использовать в качестве единственного источника углерода, серы или азота свыше 100 соединений – загрязнителей биосферы. Используя методы традиционной селекции и новейшие достижения клеточной и генной инженерии, создают суперштаммы – деструкторы трудноразлагаемых соединений.

Подавляющее число токсических загрязнителей атмосферы может быть разрушено монокультурами микроорганизмов, но более эффективно применение смешанных культур, имеющих больший каталитический потенциал. Для разрушения трудно утилизируемых соединений в ряде случаев микроорганизмы целесообразно адаптировать к таким субстратам и только после этого вводить их в рабочее тело действующих установок.

При биологической очистке газов также стоит строго следить за температурой, влажностью, кислотностью среды. Нужно учитывать и то, что биохимические системы более всего пригодны для очистки газов постоянного состава, так как при его изменении микроорганизмы не успевают приспособиться и эффективность очистки падает.

Биохимическую газоочистку проводят либо в биофильтрах, либо в биоскрубберах.

Кнедостаткам биохимических методов следует отнести:

низкую скорость биохимических реакций, что увеличивает габариты оборудования;

специфичность (высокую избирательность) штаммов микроорганизмов, что затрудняет переработку многокомпонентных смесей;

трудоемкость переработки смесей переменного состава;

подбор консорциумов микроорганизмов осуществляется в зависимости от состава очищаемых смесей;

в качестве носителя фильтрующего слоя используют природные органические материалы, такие как компост, торф, почва, кора деревьев и т. д. Эти материалы содержат в своем составе различные вещества, необходимые для развития микроорганизмов. Поэтому в биофильтры не вносят каких-либо минеральных добавок;

при заполнении фильтрующего слоя для снижения аэродинамического сопротивления (предотвращения слѐживания материала) в материал добавляют гранулы (диаметром 3–10 мм) из синтетических полимерных материалов (полиэтилена, полистирола);

для предотвращения резкого закисления материала фильтрующего слоя в ходе трансформации органики в него добавляют известняк или карбонат кальция в количестве 2–40 % от веса носителя. С целью избежания ситуаций,

когда микроорганизмы, входящие в состав рабочего тела биофильтра, могут ингибироваться токсическими веществами в результате, например, залповых выбросов, в материал вносят активированный уголь, до 250 кг/м3;

концентрация микроорганизмов в ходе очистки возрастает и может стать избыточной. Поэтому периодически материал фильтрующего слоя приходится обновлять;

входящий газовый поток, должен быть предварительно очищен при запылѐнности более 5-10 мг/м3 во избежание засорения биофильтра и увлажнѐн до относительной влажности в 95–100 %, при температуре менее 15°С производится его нагрев, при температуре более 40°С — охлаждение.

Установка в целом термостатируется. Оптимальное значение температуры около 28 0С;

в настоящее время биофильтры используют для очистки отходящих газов от аммиака, фенола, крезола, формальдегида, органических растворителей, сероводорода, метилмеркаптана и других сероорганических соединений, а также для дезодорации дурнопахнущих газовых потоков. Области применения в основном охватывают газовые потоки с невысокими концентрациями загрязняющих веществ со станций очистки сточных вод, химической, нефтяной, лакокрасочной, деревообрабатывающей, табачной, пищевой, парфюмерной, фармацевтической промышленности, сельского хозяйства и.т.д;

эффективность биофильтров примерно 90 %. Производительность невелика 5

—400 м3/м2·ч.

Внастоящее время биофильтры используют для очистки отходящих газов от аммиака, фенола, крезола, формальдегида, органических растворителей покрасочных и сушильных линий, сероводорода, метилмеркаптана и других сероорганических соединений.

Преимущества и недостатки биофильтров

«+» - Простота;

- Низкие капзатраты;

- Низкие текущие расходы;

- Малая энергоѐмкость;

- Требуют незначительных расходов воды;

- Разложение слабо растворимых в воде веществ;

- Подходят для устранения запахов;

«−» - Низкая объемная скорость потока;

- Высота биофильтров из-за требований однородности структуры и

газодинамических ограничений невелика (около 1 м), поэтому они занимают большие площади (от 10 до 1600 м2);

- Обработка потоков с низкими концентрациями устраняемых компонентов;

- Невозможен контроль процесса;

- Каналообразование в фильтрующем слое;

- Ограниченный срок службы фильтрующего слоя;

- Избыток биомассы не удаляется;

- Требуется некоторый период для созревания и адаптации микробиологического ценоза (от нескольких часов до нескольких недель

Капельный биофильтр (рис.1) отличается от обычного биофильтра только тем, что биопленка образуется на поверхности синтетической загрузки, которая не способна обеспечить микроорганизмы требуемыми питательными веществами, поэтому они должны подаваться с водой, которая постоянно циркулирует через реактор при прямоили противоточном течении относительно газового потока. При этом избыточная биомасса удаляется с поверхности загрузки, что предотвращает еѐ засорение и увеличивает срок службы.

Рисунок 1. Капельный биофильтр

Загрязняющие вещества абсорбируются водной фазой и затем диффундируют в плѐнку жидкости на поверхности биокатализатора, где разлагаются микроорганизмами. Переход из газовой фазы в жидкую может легко становиться лимитирующим фактором в таких системах, особенно для соединений с высокой константой Генри. Обычно соединения считаются подходящими для биодеградации в капельном фильтре, если константа Генри ниже 0,01-0,05. Существует ряд путей для увеличения массообмена из газа в жидкость, простейший – большая скорость рециркуляции жидкой среды через реактор, но это приводит к увеличению энергозатрат. Поэтому недавно было предложено циркулировать жидкость периодически. Идея проводит к тому, что всѐ время только очень тонкий слой жидкости присутствует на поверхности слоя биомассы, таким образом, сокращается расстояние, которое газы должны пройти из газовой фазы к поверхности биослоя.

Преимущества и недостатки капельного биофильтра:

«+» - Простота;

-Низкие капзатраты;

-Низкие текущие расходы;

-Разложение слабо растворимых в воде веществ;

-Избыток биомассы удаляется;

-Возможность автоматизации процесса;

-Лучшая производительность – высокая площадь поверхности и высокая доля пустот синтетической загрузки приводит к: высокой скорости газа, минимальному времени пребывания газа в биофильтре, равномерному распределению газа и воды внутри слоя загрузки, быстрому ответу на острые отклонения в нагрузке по загрязнителям, способности очищать более высокие концентрации одорантов;

-Компактный размер – благодаря высокой скорости, с которой газ течѐт через синтетическую загрузку, площадь слоя загрузки минимизируется, в следствии уменьшается и общий размер оборудования.

-Стационарный режим биореактора с омываемым слоем после его запуска наступает через 5–10 дней. При использовании заранее адаптированных к очищаемым веществам микроорганизмов этот срок может быть сокращен до нескольких часов;

-Нет засорения загрузки;

-Больший срок службы загрузки.

«−» - Требуются более значительные расходы воды; - Большие энегрозатраты (на рециркуляцию воды), по сравнению с обычным биофильтром.

Биореакторы с омываемым слоем являются наиболее перспективными для очистки воздуха. Такие малогабаритные установки очень эффективны для очистки воздуха предприятий интенсивного животноводства. Степень очистки воздуха в реакторе с иммобилизованными на активированном угле микроорганизмами от ацетона, бутанола, пропионового альдегида,

этилацетата достигает 90 % при удельной производительности установки

10000 ч–1.

Капельный биофильтр весьма эффективен при очистке от Н2S и других основных источников эмиссий от сточных вод, включая NH3, меркаптаны, амины и восстановленные соединения серы. Эта система устраняет 99,9 % одорантов процесса кондиционирования ила без использования дорогостоящих химикатов или адсорбционной загрузки. Капельный биофильтр также эффективен при очистке от одорантов при компостировании ила, которое выделяет различные эмиссии, включая соединения серы, летучие жирные кислоты, кетоны, аммиак и другие азот содержащие соединения.

Биоскрубберы отличаются от биофильтров тем, что представляют собой систему из двух аппаратов. Первый аппарат представляет собой скруббер (абсорбционную колонну), где загрязняющие вещества абсорбируется в водной фазе и второй – это биореактор, обычно блок