Кіріспе
Қалдық суды немесе ағынды суды биологиялық тазарту процесі Екіншіл тазарту (негізінен биологиялық ағынды суды тазарту) - ағынды судан немесе ұқсас ағынды сулардан биологиялық ыдырайтын органикалық заттарды (әртісте немесе суспензияда) алу. Тұрақты пленка принципі жылжымалы төсек биопленка реакторларына (MBBR) және Интегралды тұрақты пленка белсендірілген шлаг (IFAS) процестеріне дейін дамыды. Сусақталған өсімдік жүйелеріне белсендірілген шламы жатады, ол аэробты тазарту жүйесі, ол қалдық судағы органикалық заттарды сіңіріп, сіңіре алатын микроорганизмдерден (бактериялар мен протозоялар) құралған күрделі биомассаны сақтау мен қайта айналымға енгізуге негізделген. Сонымен қатар, сулы-жасыл жерлер де пайдаланылуда. Анаэробты екіншілік тазарту жүйесіне мысал ретінде жоғары ағынды анаэробты шламды жамылғы реакторы келтіріледі. Белгілі қабатты жүйелер биологиялық материалдың мөлшеріндегі күрт өзгерістерге жақсы төтеп береді және органикалық материал мен суспензиядағы қатты заттарды суспензиядағы өсу жүйелеріне қарағанда жоғары тазарту жылдамдығын қамтамасыз ете алады. Екінші реттік өңдеу "биологиялық ыдырайтын органикалық заттарды (ерітіндіде немесе суспензияда) және суспензиядағы қатты заттарды алып тастау" деп анықталады. Дезинфекциялау әдетте дәстүрлі екінші реттік өңдеудің анықтамасымен бірге қолданылады". Биологиялық қоректік заттарды алуды кейбір санитариялық инженерлер екінші, ал басқалары үшінші өңдеу деп санайды. Сүзгілер суспензиядағы органикалық заттардың аз мөлшерін алып тастайды, ал органикалық заттардың басым бөлігі сүзгіде болатын биологиялық тотығу мен нитрификациядан микроорганизмдердің көбеюіне және жасушалардың өсуіне көмектеседі. Осы аэробтық тотығу және нитрификация нәтижесінде органикалық қатты заттар биофильмге айналады, оны жәндіктер личинкалары, шаяндар мен құрттар жайылып, оңтайлы қалыңдығын сақтауға көмектеседі. Төсектің артық жүктелуі биофильмнің қалыңдығын арттырып, анаэробтық жағдайларға әкелуі мүмкін және сүзгі ортасының биологиялық тосқауылдануы және бетінде тоған болуы мүмкін.
Secondary treatment (mostly biological wastewater treatment) is the removal of biodegradable organic matter (in solution or suspension) from sewage or similar kinds of wastewater. The fixed film principle has further developed into moving bed biofilm reactors (MBBR) and Integrated Fixed Film Activated Sludge (IFAS) processes. Suspended growth systems include activated sludge, which is an aerobic treatment system, based on the maintenance and recirculation of a complex biomass composed of micro organisms (bacteria and protozoa) able to absorb and adsorb the organic matter carried in the wastewater. Constructed wetlands are also being used. An example for an anaerobic secondary treatment system is the upflow anaerobic sludge blanket reactor. Fixed film systems are more able to cope with drastic changes in the amount of biological material and can provide higher removal rates for organic material and suspended solids than suspended growth systems. Secondary treatment is defined as the "removal of biodegradable organic matter (in solution or suspension) and suspended solids. Disinfection is also typically included in the definition of conventional secondary treatment." Biological nutrient removal is regarded by some sanitary engineers as secondary treatment and by others as tertiary treatment. The filter removes a small percentage of the suspended organic matter, while the majority of the organic matter supports microorganism reproduction and cell growth from the biological oxidation and nitrification taking place in the filter. With this aerobic oxidation and nitrification, the organic solids are converted into biofilm grazed by insect larvae, snails, and worms which help maintain an optimal thickness. Overloading of beds may increase biofilm thickness leading to anaerobic conditions and possible bioclogging of the filter media and ponding on the surface.
Белсенді ескі шламы
Белсенді ескі шламы - қосалқы өңдеудің жалпы өсіруді тоқтататын әдісі. Белсенді ескі шламы қондырғылары органикалық материалды алып тастайтын биологиялық ұяшықтардың өсуін ынталандыру үшін еріген оттегі пайдаланатын әртүрлі механизмдер мен процестерді қамтиды.
Реакторларды реттілікпен басқару
Екінші өңдеу мен тұнбалауды біріктіретін жүйелердің бірі циклдік белсендірілген шламы (CASSBR) немесе реттілік топтама реакторы (SBR) болып табылады. Әдетте, белсендірілген шламды шикі кіретін ағынды сумен араластырады, содан кейін араластырады және ауаландырады. Отырғызу шламы ағындыға шығарылады және оның бір бөлігі бас жұмыстарға қайтарылғанға дейін қайта ауаланады. CASSBR процесінің кемшілігі - ол уақытты, араластыруды және ауаландыруды дәл бақылауды қажет етеді. Бұл дәлдік, әдетте, сенсорларға байланысты компьютерлік басқару арқылы жүзеге асырылады. Мұндай күрделі, әлсіз жүйе басқарудың сенімді емес, нашар күтіліп-ұсталатын немесе электрмен жабдықтаудың үзіліссіз болатын жерлерге жарамсыз.
Мембраналы биореакторлар
Мембраналық биореакторлар (MBR) - бұл белсенді лай жүйелері, олар мембраналық сұйық-тұйық фазалық бөлу процесін қолданады. Мембраналық компонент төмен қысымды микрофильтрациялық немесе ультрафильтрациялық мембраналарды қолданады және екіншілік тазартқыш немесе сүзгі қажет емес. Мембраналар әдетте аэрациялық резервуарға батырады, алайда кейбір қолданбаларда бөлек мембраналы резервуар пайдаланылады. MBR жүйесінің басты артықшылықтарының бірі - ол кәдімгі белсенді ескі шламы (CAS) процестерінде шламының нашар тұнбалануына байланысты шектеулерді тиімді жеңеді. Технология биореакторды ластанған шламмен шектелген CAS жүйелеріне қарағанда аралас сұйықтықтардағы суспензияланған қатты заттардың (MLSS) айтарлықтай жоғары концентрациясында пайдалануға мүмкіндік береді. Әдетте MLSS 8000-12000 мг/л, ал CAS 2000-3000 мг/л аралығында жұмыс істейді. MBR процесіндегі биомассаның жоғары концентрациясы жоғары жүктеме жылдамдықтарымен ерігіш және бөлшекті биологиялық ыдырайтын материалдарды өте тиімді жоюға мүмкіндік береді. Осылайша, шламды ұстап тұру уақыты 15 күннен асады, тіпті өте суық ауа райында да толық нитрификацияны қамтамасыз етеді. МБР-ны салу мен пайдалану шығындары көбінесе ағынды суларды тазартудың дәстүрлі әдістерінен жоғары. Мембраналық сүзгілер маймен соқыр болуы мүмкін немесе күшеюлі қиыршық таспен ағартылуы мүмкін және ең жоғары ағындыларды өткізу үшін тазартқышқа тән икемділік жоқ. Технология алдын ала өңделген қалдықтар ағыны үшін кеңінен танымал болып келеді және инфильтрация мен ағыны бақылауға алынған жерлерде кеңінен қабылданады, ал өмірлік циклдің шығындары тұрақты түрде төмендейді. MBR жүйелерінің кішігірім жер көлемі және өндірілген жоғары сапалы ағынды су оларды суды қайта пайдалану үшін өте пайдалы етеді.
Аэробты түйіршіктеу
Аэробты түйіршікті шламды баяу өсетін организмдерге, мысалы, ПАО (полифосфат жиналатын организмдер) және ГАО (гликоген жиналатын организмдер) пайда болатын арнайы процестік жағдайларды қолдану арқылы қалыптастыруға болады. Граниляцияның тағы бір маңызды бөлігі - селективті ысыраптау, бұл ретте баяу тұндырылған шлам сияқты ұяшық қалдық шлам ретінде шығарылады және тез тұндырылған биомасса сақталады. Бұл процесс Нереда процесі деп коммерцияланған.
Жер бетінде ауаландырылатын лагуналар немесе тоғандар
Ауаландырылатын лагуналар - лагунаға атмосфералық оттегін беруді арттыру және лагунаның мазмұнын араластыру үшін су бетінде жүзетін мотормен жұмыс істейтін аэраторларды пайдаланатын төмен технологиялы қосалқы өңдеудің өсіру әдісі. Жүгіретін беттің аэраторлары әдетте 1,8 - 2,7 кг O2/kW·h-ға тең ауаны жеткізуге арналған. Ауаландырылатын лагуналар кәдімгі белсенді ескі шламы жүйелеріне қарағанда аз тиімді араластыруды қамтамасыз етеді және бірдей өнімділік деңгейіне қол жеткізбейді. Бассейндердің тереңдігі 1,5 метрден 5,0 метрге дейін болуы мүмкін. Жер бетіндегі ауалы бассейндер 1-10 күндік ұсталу уақытында 80 - 90% -ға дейін ДТҚ-ны алып тастайды. АҚШ-тағы көптеген шағын коммуналдық кәріз жүйелері (күнделікті 1 миллион галлон немесе одан аз) аэрацияланған лагуналарды пайдаланады.
Құрылыс мәселесі
АҚШ-тың қоршаған ортаны қорғау агенттігі (EPA) екінші реттік тазартуды 20-ғасырдың аяғында Америка Құрама Штаттарының әдеттегі коммуналдық ағынды суларын тазартатын биореакторларда байқалған өнімділікке негізделген. Екінші реттік тазартылған ағынды судың айлық орташа мөлшері 30 мг/л-ден кем және 30 мг/л-ден кем тұншықты заттар шығарады деп күтіледі. Апталық орташа көрсеткіш 50 пайызға дейін жоғары болуы мүмкін. Алғашқы және екінші реттік тазартуды қамтамасыз ететін кәріз суларын тазарту қондырғысы тұрмыстық кәріз суларынан кем дегенде 85 пайыз ҚТҚ және суспензиядағы қатты заттарды алып тастауы мүмкін. EPA ережелері тұрақтандыру тоғандарын екінші реттік өңдеуге теңдей өңдеуді қамтамасыз ететінін сипаттайды, олар кіретін ағынды судан BOD және суспензиядағы қатты заттарды 65 пайызды алып тастайды және қазіргі заманғы биореакторларға қарағанда ағынды судың концентрациясын шамамен 50 пайызға жоғарылатады. Сондай-ақ, ережеде белгіленген мөлшерде суды жинақтау, сұйытылған өнеркәсіптік ағынды сулардан немесе судың ағып кетуі мен ағып кетуінен тазартудың қиындықтары ескерілген.
Процесс бұзылуы
Өңдеудің бұзылуы - екінші өңдеу экожүйесіндегі популяцияның елеулі өзгеруі салдарынан тазарту қондырғысының өнімділігінің уақытша төмендеуі. Токсикалық химиялық заттар мен биореактор экожүйесін азықпен қамтамасыз ететін органикалық қалдықтардың ерекше жоғары немесе төмен концентрациялары бұзылуды тудыруы мүмкін жағдайларды қамтиды. Ағынды судың біркелкі мөлшерін қамтамасыз ететін шаралар бұзылу ықтималдығын азайтады. Біріктірілген пленкалы немесе қосылған өсімдікті екінші резеңке өңдеу биореакторлары биопленкамен оқшауланған беттерде суды айналдыратын плагиндік ағынды реактор үлгісіне ұқсас, ал күшейтеді өсіру биореакторлары суды өңдеу кезінде микроорганизмдерді күшейте отырып, үздіксіз араластырылатын резервуар реакторына ұқсайды. Екінші реттік өңдеу биореакторларына физикалық фазаны бөлу арқылы тазартылған судан биологиялық қатты заттарды алып тастау жүргізілуі мүмкін. Бекітілген пленкалы екінші реттік өңдеу жүйелерінің қату ұзақтығы өңдеу беттерін қайта отау үшін қажетті уақытқа байланысты ұзағырақ болуы мүмкін. Өсімін тоқтатқан экожүйелер популяциялық резервуардан қалпына келтірілуі мүмкін. Белсенді ескі шламды қайта өңдеу жүйелері егер бұзылған жағдайлар түзеу шараларын қолдану үшін уақытында анықталса, интеграцияланған резервуарды қамтамасыз етеді. Шламды қайта өңдеу шламды шашуды болдырмау үшін шламды уақытша тоқтатуы мүмкін, өйткені сұйыту арқылы BOD концентрациясы төмен болады. Судың бірдей мөлшерін өңдейтін тұрақты пленкалы сүзгі жүйелеріне қарағанда, өшірілген өсіруді белсендіретін шлаг жүйелері кішірек кеңістікте жұмыс істей алады, бірақ тұрақты пленкалы жүйелер биологиялық материалдың мөлшеріндегі күрт өзгерістерді жақсырақ жеңе алады және өшірілген өсіру жүйелеріне қарағанда органикалық материал мен күшеюде тұрған қатты заттарды жоюдың жоғары жылдамдығын қамтамасыз ете алады. Демалыс қалдықтары жүктемесінің ауытқуымен кездесетін кәріз суларын тазарту жүйелері, пайдаланудың төмендеу кезеңдері кезінде екінші реттік тазарту экожүйесін қолдауға арналған баламалы азық-түлікпен қамтамасыз етуі мүмкін. Шағын қондырғыларда ерігіш қанттар ерітіндісін дайындау мүмкін. Басқалары үйлесімді ауыл шаруашылығы қалдықтарын таба алады немесе аз пайдаланылатын кезеңдерде септиктік резервуарларды сорғыштарына жоюға ынталандырулар ұсынады.
Уыттылық
Екінші реттік өңдеуге экожүйенің төзімділік деңгейінен асатын биоцид концентрациясын қамтитын қалдықтар бір немесе бірнеше маңызды экожүйе түрлерінің басым бөлігін өлтіруі мүмкін. Бұл түрдің ТҚҚ-ны азайтуы басқа түрлер осы азық-түлік көзін пайдалануға жарамды популяцияға жеткенге дейін немесе биоцид концентрациясы төмендеуімен бастапқы популяция қалпына келгенге дейін уақытша тоқтатылады.
Сұйыту
BOD концентрациясы ерекше төмен қалдықтар қалыпты қалдық концентрациясы үшін қажетті екінші өңдеуге арналған популяцияны ұстап тұрмауы мүмкін. Аштықтан аман қалған халықтың саны азайып, қалдықтар нормаға оралғанда, олар қол жетімді ЖҚҚ-ны толықтай пайдалана алмай қалуы мүмкін. Сұйытуды шашыранды емес судың үлкен көлемін қосу, мысалы, жауын-шашын суларының ағып кетуі, біріктірілген кәрізге әкелуі мүмкін. Шағын тазарту қондырғылары суыту суын төгуден, ірі құбырлардағы ақаулардан, өрт сөндіруден немесе үлкен бассейндерді сумен тазартудан сұйытылуы мүмкін. Денеге зиянды заттардың концентрациясы төмендеуі қалдықтардың екінші реттік өңдеу биореакторындағы тұруы уақытын ұзартқанда ұқсас проблема пайда болады. Колледж қауымдастықтарының екінші реттік өңдеу экожүйелері студенттердің жұмыс / ұйқы циклдерінің қалдық жүктемелерінің ауытқуына бейімделген, мектеп демалыс күндерін көру қиынға соғады. Өндірістік қондырғылардың әдеттегі өндірістік циклдеріне дағдыланған екінші реттік тазарту жүйелері өндірістік қондырғылардың жабылуынан аман қалу қиынға соғады. Келіп түсетін қалдықтармен қоректенетін түрлердің популяциясы бастапқыда сол азық көздерінің концентрациясы төмендеуімен төмендейді. Экожүйедегі жыртқыш популяциялар төменгі трофикалық деңгейдегі организмдердің азайып бара жатқан популяциясы үшін бәсекелесіп жатқандықтан, популяцияның төмендеуі жалғасуда.
Қалдықтардың ең көп жүктемесі
ҚОҚ жоғары концентрациясы бастапқыда қосалқы тазарту экожүйесінің қолда бар азық-түлікті пайдалану қабілетінен асып түседі. Экологиялық жүйедегі аэробты организмдердің популяциясы екінші реттік өңдеу биореакторының оттегі беру шектеріне жеткенге дейін артады. Екінші реттік тазалау экожүйелерінің популяциялары аз оттегіні қажет ететін түрлерге ауысуы мүмкін, бірақ сол түрлердің кейбір азық-түлік көздерін пайдаланбауы ағынды судың жоғары концентрациясын тудыруы мүмкін. BOD концентрациясының аса жоғары өсуі екінші реттік өңдеу экожүйелерінің популяциясын бейімдеуге дейін оттегі концентрациясының төмендеуіне әкелуі мүмкін және маңызды түрлердің популяциясының күрт төмендеуіне әкелуі мүмкін. ТҚҚ-ны жоюдың қалыпты тиімділігі оттегі концентрациясы қалыпты деңгейге жеткеннен кейін аэробты түрлердің популяциясы қалпына келгенше қалпына келтірілмейді.
Температура
Биологиялық тотықсу процестері температураға сезімтал, 0 °C мен 40 °C аралығында биологиялық реакциялардың жылдамдығы температураға байланысты артады. Көптеген беткі ауалы ыдыстар 4 °C мен 32 °C температурада жұмыс істейді.