 |
Станции и сооружения биологической очистки сточных вод
|
|
|
|
С технической точки зрения существует несколько способов реализации биологической очистки стоков. Аэробное окисление может осуществляться как в открытых водоемах (биологических прудах, полях фильтрации), так и на биофильтрах или в аэротенках. Анаэробное сбраживание проводят в метантенках. Выбор типа очистного сооружения осуществляется с учетом объема сточных вод, состава и концентрации в них загрязнений, а также климатических и гидрогеологических условий.
Биологические пруды – открытые водоемы, заселенные штаммами водных аэробных бактерий. Как правило, пруды используют для доочистки воды в комплексе с другими очистными сооружениями. Биологические пруды могут быть как с естественной, так и с искусственной аэрацией. Эксплуатация последних, естественно, обходится дороже, но зато они позволяют сократить время очистки с 30-60 до 2-3 дней. Для обеспечения эффективной естественной аэрации требуется малая глубина водоема и большое количество в нем водорослей, насыщающих воду кислородом.
Поля фильтрации – специальные участки, отведенные для сброса сточных вод и заселенные штаммами почвенных аэробных микроорганизмов, которые окисляют присутствующие в воде органические загрязнители. Наиболее интенсивно окисление происходит в верхних слоях почвы, благодаря свободному доступу к ним кислорода. Если очищенные подобным образом стоки используют для орошения сельхозугодий, такие участки называются полями орошения.
В биофильтрах подлежащие очистке стоки пропускаются через слой крупнозернистого материала (керамзита, шлака, гравия и др.), поверхность частиц которого заселена колониями аэробных бактерий. Присутствующие в воде примеси улавливаются микроорганизмами и подвергаются ими биохимическому окислению. Таким образом, при использовании биофильтров искусственно воссоздаются условия очистки воды на почве, т.е. на полях фильтрации.
|
|
|
Наиболее эффективным и высокопродуктивным способом биологической очистки сточных вод является применение аэротенков – огромных резервуаров, заполняемых подлежащей очистке водой. Аэробные бактерии, живущие на хлопьях активного ила, в благоприятных условиях избытка питательной среды и кислорода, нагнетаемого внутрь аэротенка барботирующими устройствами, активно размножаются и перерабатывают присутствующую органику.
Метантенки в техническом плане гораздо проще. Как правило, это обычные железобетонные септики, в которых под действие штаммов анаэробных бактерий происходит процесс брожения органики. Благодаря тому, что анаэробные микроорганизмы обходятся без кислорода и производят малое количество биомассы, отпадает необходимость в искусственной аэрации и частой очистке тенка от избытков ила, что существенно снижает расходы на эксплуатацию очистного сооружения.
Биология почв
a) Бактерии – самые распространенные клетки в почве. Они могут встречаться по одиночке или собираться в группы. Бактерии, как и прочие организмы, в почве отвечают за разложение растительных остатков. Они выделяют энзимы, которые расщепляют такие молекулы как сахара и крахмалы, до основных химических составляющих, таких как углерод и азот, из которых бактерии могут извлекать энергию. Если питательные вещества не востребованы бактериями (или другими разлагающими организмами), то они высвобождаются в почву и становятся доступными для потребления растениями. Прочие типы бактерий, такие как микоризы, образуют специфические связи с растениями (например, с бобовыми культурами). Симбиотические связи приводят к образованию растениями клубеньков. Эти бактерии связывают азот из воздуха и превращают его в аммонийный азот, т.е. в ту форму. В которой его может впитывать растение.
|
|
|
В 1 см³ поверхностного слоя лесной почвы содержатся сотни миллионов сапротрофных почвенных бактерий нескольких видов.
Растения создают сложные органические вещества из углекислого газа, воды и минеральных солей почвы. Многие бактерии, живущие в почве, в процессе своей жизнедеятельности превращают отмершие части растений и мёртвые организмы в перегной.
Они разлагают сложные вещества на простые, которые снова используют растения.
Это сапротрофныепочвенные бактерии гниения.
Превращая органические остатки в перегной, они выполняют в природе санитарную и почвообразовательную роль.
Другая группа почвенных бактерий разлагает перегной.
Это сапротрофныебактерии брожения.
В процессе их жизнедеятельности перегной превращается в минеральные соли, необходимые для жизни растений.
b) Водоросли также встречаются в местах, где есть солнечный свет и достаточно влаги. Они могут существовать как отдельные клетки. Так и образовывать длинные цепочки. Подобно настениям водоросли также содержат хлорофилл и, следовательно, могут превращать солнечный свет в энергию или образовывать более сложные соединения.
c) Грибки также важны для разложения растительных остатков, особенно стойких соединений, таких как гемицеллюлоза и лигнины. Они менее чувствительны к кислотной среде, чем бактерии. Девяносно процентов растений, за исключением семейства капустных (Brassica) и некоторых других. Вступают в симбиоз с некоторыми грибками, которые называются грибками микоризы. Микориза означает «корень гриба». Грибок проникает в клетки корней и образует специальные структуры под названием арбуксулы, которые являются местом обмена питательными веществами между растением и грибком. Грибок также производит гифы. Которые прорастают в почву и поглощают воду и питательные вещества, особенно фосфор, а потом перемещают их к растению. В обмен на них грибок получает от растения углеводы, которые использует в качестве источника энергии. Некоторые почвенные грибки также являются патогенами и вызывают заболевания.
|
|
|
D) ВЫСШИЕ РАСТЕНИЯ
Растения — основные первичные продуценты, составляющие ядро наземных биогеоценозов. Биологический круговорот на нашей планете начинается продукцией органического вещества. Он включает поступление элементов из почвы и атмосферы в растения, биосинтез ими полимерных соединений и последующее разложение мертвых остатков микроорганизмами с возвращением элементов в почву и атмосферу. В результате биологического круговорота происходит обогащение почвы органическим веществом, азотом, элементами минерального питания, которые вновь поступают в растения.
Биологический круговорот различается в разных природных зонах и классифицируется комплексом показателей: биомассой растений, опадом, подстилкой, количеством закрепленных в биомассе элементов и др. Общая биомасса растений наиболее велика в лесной зоне, там она достигает 3000-4000 ц/га. Доля подземных органов в лесной зоне наименьшая (22-24%). Наибольшая часть органических веществ накапливается в подстилке, особенно в хвойных лесах (150-300 ц/га). Однако подстилочно-опадоч- ный коэффициент не достигает больших величин (4-10) из-за большой доли опада и активной его переработки микроорганизмами, особенно грибами.
В лесу процессы разложения органических остатков и образование гумуса сосредоточены в подстилке, в степной зоне с хорошо развитой корневой системой травянистых растений разложение сосредоточено в почвенной толще.
Это приводит к формированию здесь мощного гумусового горизонта.
Растения влияют на процессы почвообразования корневыми системами. Корневые системы растений оказывают влияние на физические и химические свойства почв, ее биологическую активность. Они изменяют структуру, создают порозность почвы, влияют на воздушный режим почвы, участвуют в разложении минералов, снабжают почвенные микроорганизмы источниками органического питания. Благодаря корневым системам происходит биогенная аккумуляция и дифференциация веществ в почвенном профиле.
E) ПОЧВЕННЫЕ ЖИВОТНЫЕ
|
|
|
Масса органического вещества, создаваемая растениями и водорослями, т.е. первичными продуцентами, поступает далее в биологический круговорот к следующему звену — потребителям растительной продукции (консументам). Часть этой массы отчуждается непосредственно животными-фитофагами, другая часть поступает в так называемый сапротрофный ярус, в котором происходит потребление и разложение мертвых растительных остатков. В этой части цикла животные — обитатели почв — выступают как активные преобразователи органической массы, хотя их роль как разла- гателей менее значительна, чем роль грибов и бактерий.
Наземные и почвенные беспозвоночные животные составляют 95-99% видов животных в экосистемах суши.
Все животные, обнаруживаемые в почве, могут быть разделены на три группы. Геобионты — постоянные обитатели почв (дождевые черви, многоножки, ногохвостки). Геофилы, живущие в почве на протяжении части своего жизненного цикла (личинки жуков). Геоксены временно укрываются в почве (например, вредная черепашка, некоторые насекомые). У животных — обитателей почв — развиваются различные приспособления к почвенной среде. Эти приспособления (адаптации) выражаются в изменении морфологии, физиологии и особенностей поведения животных. Например, некоторым почвенным обитателям свойственно изменение формы конечностей, редукция органов зрения, уменьшение размеров тела. Анатомические адаптации проявляются в строении кутикулярных покровов, органов дыхания и выделения. Физиологические приспособления выражаются в особенностях обмена веществ, в водном обмене и температурных адаптациях. Адаптивные стратегии особенно разнообразны у крупных почвенных животных. Уход в почву был связан с необходимостью аэрации плотной среды, ее преобразованием.
Очистка сточных вод
Биологические методы применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от разнообразных растворенных органических и некоторых неорганических (сероводород, аммиак и др.) соединений. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности. Известны аэробные и анаэробные методы биологической очистки сточных вод.
Аэробный метод основан на использовании аэробных микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура в пределах 20...40 °С. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле или в виде биопленки. Активный ил состоит из живых организмов и твердого субстрата. Живые организмы представлены бактериями, простейшими червями и водорослями. Биопленка растет на наполнителе биофильтра и имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1...3мм и более. Биопленка состоит из бактерий, простейших грибов, дрожжей и других организмов.
|
|
|
Аэробная очистка происходит как в природных условиях, так и в искусственных сооружениях.
Очистка в природных условиях происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах.
Поля орошения - это специально подготовленные для очистки сточных вод и агрокультурных целей площади. Очистка протекает под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием растений. В почве полей орошения находятся бактерии, дрожжи, водоросли, простейшие животные. Сточные воды содержат в основном бактерии. В смешанных биоценозах активного слоя почвы возникают сложные взаимодействия микроорганизмов, в результате чего сточная вода освобождается от содержащихся в ней бактерий. Если на полях не выращиваются сельскохозяйственные культуры, и они предназначены только для биологической очистки сточных йод, то они называются полями фильтрации.
Биологические пруды - это каскад прудов, состоящий из 3...5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Такие пруды предназначены для биологической очистки сточных вод или доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями.
Очистка в искусственных сооружениях поводится в аэротенках и на биофильтрах. Более широкое применение нашли аэротенки.
Аэротенки - это железобетонные резервуары, представляющие собой открытые бассейны, оборудованные устройствами для принудительной аэрации. Глубина аэротенка - 2...5м.
Анаэробный метод очистки протекает без доступа воздуха. Его в основном используют для обезвреживания твердых осадков, которые образуются при механической, физико-химической и биологической очистке сточных вод. Эти твердые осадки сбраживаются анаэробными бактериями в специальных герметичных резервуарах, которые называются метантенками В зависимости от конечного продукта брожение бывает спиртовое, молочнокислое, метановое и др. Для сбраживания осадков сточных вод используется метановое брожение.
|
|
|
