|
Биохимические процессы наиболее
сложны, поскольку подчиняются законам биологической кинетики, т.е. временным
закономерностям, протекающим в живой природе.
При рассмотрении биокинетики можно выделить четыре
подсистемы: биохимическую, биофизическую, микробиологическую и популяционную.
Биохимическая подсистема характеризуется скоростями
биохимических реакций; биофизическая — описывается закономерностями
протекания физических явлений в живых организмах (например, диффузия
макромолекул через полупроницаемую мембрану, механизм фотосинтеза,
электрокинетические явления); микробиологическая — рассматривает
количественные закономерности роста бактерий; популяционная — описывает
количественные закономерности изменений числа особей в популяциях.
Биохимический процесс окисления кислородом органических
веществ осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим
множество различных бактерий, связанных между собой в единый комплекс
сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма).
В основе биохимических процессов лежат сложные химические
реакции различного типа в зависимости от содержащихся в воде веществ и видов
бактерий. В процессе биохимических реакций происходит трансформация
содержащихся в воде органических веществ.
Направление и скорость трансформации зависят от
температуры, поверхностей раздела, биологических и химических катализаторов и
ингибиторов, рН среды и ее газового состава, состава и состояния
микробиологического сообщества и др. Трансформирующиеся органические вещества
могут находиться в виде истинно растворенных частиц (молекул, ионов,
свободных радикалов) или в виде коллоидных и взвешенных частиц. Количество
промежуточных продуктов и число элементарных стадий трансформации каждого из
веществ исчисляется десятками и сотнями.
Биохимические методы находят применение в ряде реку-
перационных процессов и, в частности, для очистки сточных вод, для очистки
почвы от нефти и в ряде других случаев.
Высокая концентрация загрязнений в промышленных сточных
водах, наличие трудноокисляемых, а в ряде случаев и токсичных соединений,
нестабильность их объема обусловили применение многоступенчатых систем
биологической очистки, основным элементом которых является аэротенк ( 4.14).
В связи с необходимостью интенсификации процессов очистки
сточных вод широкое применение получил способ биохимической очистки с
использованием технического кислорода или обогащенного кислородом воздуха.
Очистные сооружения, в которых применяется этот способ, получили название
окситенков.
Для обеспечения эффективной работы окситенков требуется
автоматическое управление технологическим процессом. Экспериментальные
исследования и данные по эксплуатации установок показывают, что применение
кислорода обеспечивает:
• значительную экономию электроэнергии;
■ повышение скорости насыщения сточных вод
кислородом до более высоких концентраций (около 10 мг/л) даже при атмосферном
давлении;
■ гибкость и устойчивость работы установок
при изменении нагрузки;
■ увеличение (примерно на 30 %) скорости
отстаивания сточных вод после биологической очистки.
Конструктивно окситенки могут быть открытыми или
закрытыми. Закрытые окситенки выполняются в виде одной или нескольких (до
четырех) последовательно соединенных по газовой и жидкой фазам
герметизированных камер. В первую камеру иводится сточная вода и технический
кислород, обеспечивающий небольшое избыточное давление в газовой фазе (от
0,25 до 1 МПа).
По мере прохождения через камеры вода очищается, а
концентрация кислорода в газовой фазе снижается. Из последней камеры газ
выходит в атмосферу, а очищенная вода поступает во второй отстойник.
Рециркуляционный поток активного ила из второго отстойника возвращается в
первую камеру, а избыточный активный ил выводится из системы.
Более высокие технико-экономические показатели окси-
тенков по сравнению с аэротенками обусловлены тем, что при их использовании
значительно сокращается время очистки, а следовательно, объем окситенков
может быть уменьшен. Кроме того, сокращается прирост избыточного активного
ила и улучшаются характеристики его соединения и обезвоживания, что
способствует снижению расходов на обработку осадков.
Использование окситенков позволяет сократить площади,
отводимые под очистные сооружения. Производительность действующих очистных
сооружений при переоборудовании аэротенков в окситенки может быть увеличена
без расширения территории очистных сооружений.
При очистке нефтесодержащих и некоторых других видов
сточных вод в закрытых окситенках выделяющиеся в процессе окисления
углеводороды могут накапливаться во взрывоопасных концентрациях. Во избежание
нежелательных последствий поддержание определенного газового режима должно
быть автоматизировано.
В закрытых окситенках это достигается подачей определенного
количества кислорода и соответствующим отводом отработанного газа.
В открытых окситенках управление газовым режимом сводится
к дозированной подаче кислорода, обеспечивающей его оптимальную концентрацию
в жидкости.
Необходимым условием обеспечения безопасности и
эффективности является контроль за заданным технологическим режимом.
Основными параметрами регулирования, используемыми для построения систем
автоматического управления процессом, являются концентрация кислорода в
газовой или жидкой фазах, давление газа, концентрация взрывоопасных газов и
содержание активного ила.
Контрольные вопросы
1. Перечислите типовые процессы, лежащие в основе
переработки отходов.
2. Какие существуют способы измельчения отходов?
Расскажите об основных типах промышленных измельчителей.
3. Какие существуют схемы дробления и измельчения
отходов?
4. Какие существуют способы сортировки отходов с
использованием гравитационных сил?
5. Расскажите о методах агрегирования
порошкообразных, пастообразных и других отходов.
6. Какие методы обогащения применяют при
переработке отходов?
7. Расскажите об особенностях гравитационных,
магнитных и электрических методов.
8. Какие гидродинамические процессы используют при
переработке отходов?
9. Какие гравитационные методы используют при
переработке отходов?
10. В чем отличие гравитационных методов разделения
от центробежных? Каково устройство гидроциклона?
11. Что такое флотационные методы сепарации отходов?
12. Что такое центробежная сепарация?
13. Что такое фильтрация? Какие виды оборудования
применяют для фильтрации?
14. Какую роль играют теплообменные процессы при
переработке отходов?
15. Что такое сорбционные методы очистки сточных
вод? Как осуществляется адсорбция паров летучих растворителей? Опишите схему
работы адсорберов.
16. Какие Вам известны природные и синтетические
сорбенты? В чем состоят преимущества синтетических сорбентов? Как
осуществляется регенерация адсорбентов?
17. Приведите примеры использования экстрагирования,
растворения и кристаллизации при сепарации отходов.
18. Какие используются химические и
физико-химические методы при очистке сточных вод?
19. Какие химические процессы происходят при
сжигании отходов?
20. Что такое биохимические методы переработки
отходов? Как осуществляется биохимическая очистка сточных вод с использованием
аэротенков и окситенков? ,
|