Biologinio nuotekų valymo aktyviojo dumblumo principai
Jau pats pavadinimas rodo, kad biologiniuose nuotekų valymo įrenginiuose nuotekos valomos biologiniais būdais - veikiant mikroorganizmams. Aktyvusis dumblas - tai tam tikroje nuotekų valymo įrenginių dalyje esančios nuotekų dalelės ir mikroorganizmai. Šie mikroorganizmai gyvena ir natūralioje aplinkoje, tačiau biologiniuose nuotekų valymo įrenginiuose jiems sudaromos palankios mitybos ir dauginimosi sąlygos, t. y. tiekiamas oras ir nuotekos. Įrenginiai su aktyviuoju dumblu priskiriami prie intensyvaus valymo nuotekų sistemų.
Reikia atkreipti dėmesį, kad tokiais aukštais išvalyto vandens parametrais pasižymi toli gražu nedaug nuotekų valymo įrenginių. Naudojant aktyviojo dumblo technologiją, nebereikia statyti jokių papildomų valymo filtrų ir pan. įrenginių (nebent to papildomai pageidauja užsakovas ar projekto sąlygos). Visi biologinio valymo procesai - nuotekų valymas aktyviuoju dumblu, dumblo atskyrimas nuo išvalytų nuotekų ir jo grąžinimas į aeravimo rezervuarą (kur nuotekos sumaišomos su aktyviuoju dumblu ir tiekiamas oras) - vyksta vienoje talpykloje.
Aktyvusis dumblas, suskaidęs teršalus, atskiriamas nuo išvalytų nuotekų. Jam atskirti sudarytos tinkamos sąlygos, todėl galima nesibaiminti valymo įrenginių sutrikimo, aktyviojo dumblo išnešimo, nemalonaus kvapo ar kitų problemų. Tiesa, nuo dumblo išnešimo apsaugoti ne visi biologiniai nuotekų valymo įrenginiai, todėl gamintojų reikėtų pasiteirauti, kokie technologiniai sprendimai padeda išvengti šios problemos, pavyzdžiui, AUGUST valymo sistemos turi piltuvo pavidalo atskyrimo zoną. Kadangi pats dumblas yra sunkesnis, jis nusėda ant įrenginių dugno, iš kur grąžinamas į valymo procesą arba yra pašalinamas, jeigu jo per daug.
Svarbu, kad išvalytas vanduo virstų bespalviu ir bekvapiu vandeniu, neturinčiu žalingų aplinkai medžiagų. Aktyvusis dumblas į naują nuotekų valymo sistemą supilamas sumontavus įrenginį, prieš paleidžiant nuotekas. Aktyvusis dumblas atvežamas iš jau veikiančių įrenginių. Tai vienkartinis veiksmas - toliau aktyvusis dumblas maitinasi, dauginasi panaudodamas nuotekas ir pakartotinai jo papildyti nereikia.
Aukštas išvalymo lygis pasiekiamas per nitrifikaciją, denitrifikaciją ir kt. procesus. Fosforas ir azotas, patekę į vandens telkinius, gali sukelti augalų vešėjimą ir deguonies trūkumą vandenyje. Todėl aktyviojo dumblo technologija leidžia sumažinti šias medžiagas iš nuotekų, tačiau ne visose įmonėse jos gali būti visiškai išvalytos be papildomų filtrų ar įrenginių.
Biologinio nuotekų valymo pagrindai
Aktyviojo dumblo susidarymas ir jo sudėtis: Aeruojant nuotekas, susidaro palankios sąlygos augti įvairioms mikrobų kultūroms, esančioms nuotekose ir patenkančioms į jas iš aplinkos. Mikrobų kultūrų rūšių augimas priklauso nuo nuotekose esančių organinių medžiagų cheminės sudėties bei koncentracijos, vandens temperatūros bei pH, maišymo intensyvumo ir kitų veiksnių. Mikrobų kultūros - bakterijos, aktinomecitai, pirmuonys, grybai, dumbliai ir kt. - sudaro aktyvųjį dumblą. Aktyvusis dumblas, dalyvaujant fermentams, nuotekų teršalus (substratą) vartoja maistui ir juos oksiduoja iki anglies dioksido, vandens, nitritų, nitratų, fosfatų ir kt.
Galingas aktyviojo dumblo vaidmuo - bakterijų, kurių 1 grame sausų medžiagų (ADSM) yra nuo 10^8 iki 10^14 ląstelių, įrodymas. Tai rodo N. Zolotariovos tyrimai: 1 ml 80% išvalymo atvejais turi apie 2,7 tūkst. pirmuonių, o visiškai išvalęs - apie 285 tūkst. pirmuonių. Iš pateiktų duomenų matyti, kad išvalymo efektas padidėja nežymiai, nors pirmuonių skaičius padidėja daug kartų. Valymo procese auga tokios bakterijų rūšys kaip Pseudomonas, Bacillus, Bacterium, Mycobacterium, Pseudobacterium, Sartina, Micrococcus ir kt., o konkrečios rūšys priklauso nuo nuotekų sudėties.
Svarbiausia aktyviojo dumblo savybė - sugebėjimas sudaryti dribsnius ir jų sedimentacija. Dri bsnių susidarymą aiškina kelios teorijos, bet šiuolaikiniai tyrimai rodo, kad flokuliacija - tai aktyviojo dumblo mikroorganizmų fiziologinis būvis, priklausantis nuo augimo fazės baigimo ir sąveikos su polimerais bei adsorbuotomis ląstelių medžiagomis. Aktyviojo dumblo apkrova lemia dumblo dribsnių būklę: skirtingos paviršiaus savybės ir skersmenys priklauso nuo apkrovos dydžio.
Daug kartų didesnis paviršiaus plotas (pavyzdžiui, 100 m2/gADSM) daro dribsnius puikiais sorbentais. Aktyviojo dumblo mikroorganizmų ląstelių cheminė sandara kinta priklausomai nuo augimo fazės ir substrato, o vidutinė aktyviojo dumblo apkrova (iki 40) lemia formulę C5H7O2N ir atitinkamą ChDS (CHEMINIO OXYGEN NEED) atitikmenį 1,42 mgO2/mgADSM.
Fermentai ir jų vaidmuo
Teršalų oksidavimo procesus mikroorganizmų ląstelėse reguliuoja konstitutyvieji (pagrindiniai) ir adaptyvieji (prisitaikantys) fermentai. Fermentai veikia kaip katalizatoriai, o jų aktyvumas priklauso nuo temperatūros, pH, oksidacijos-redukcijos potencialo, substrato ir fermentų koncentracijų bei biocheminių procesų stabdymo koncentracijų. Yra šešios pagrindinės fermentų klasės: oksidoreduktazės, transferazės, hidrolazės, liazės, izomerazės ir ligazės. Oksidoreduktazės dalyvauja oksidacijos-redukcijos reakcijose, transferazės - pernaša, hidrolazės - skaidymas.
Aktyviojo dumlo augimo fazės
Nuotekų valymo procese mikroorganizmų naudojimo esmė - spartus jų dauginimasis. Augimo dinamika priklauso nuo maisto kiekio ir ar teršalai tiekiami nuolat ar periodiškai. Periodiškai tiekiant teršalus, mikroorganizmai auga pradžioje su maistu pertekliumi, o vėliau maisto kiekis mažėja ir kaupiasi metabolizmo produktai. Taip susidaro heterogeninė mikrobų kultūra. Sumaišius mikrobų kultūrą su nuotekomis ir aeruojant, mikroorganizmai pereina per keturias fazes: Lag (prisitaikymo), Eksponentinę (intensyvus augimas), Stacionarią (maisto kiekis riboja augimą), Endogeninio kvėpavimo fazę (ląstelių nykimas dėl maisto stokos).
Reguliuojant taršos kiekį galima skatinti bet kurią augimo fazę ir taip valymo intensyvumą.
Aktyviojo dumblo apdorojimas ir panaudojimas
Nuotekų dumblas sudaro apie 1% valomo vandens kiekio ir pasižymi dideliu drėgnumu (~96,2%). Pirminių sodintuvų dumlo sausosios medžiagos dalį sudaro apie 60-75% organinių medžiagų, aktyviojo perteklinio dumlo - 70-75%. Todėl dumblas gali būti išnaudojamas metano dujoms gauti. Iš 1 m³ dumblo mišinio gaunama apie 11-13,2 m³ dujų, kuriose 60-70% yra metano, o pūdymo metu suyra 25-53% organinių medžiagų. Dujos iš metano tankų naudojamos šildymui ar elektros energijai gaminti. Metanotankų konstrukcijos gali būti gelžbetoninės ar metalinės, apvalios ar stačiakampės. Pūdymas gali vykti mezofiliniu (27-35°C) arba termofiliniu (~53°C) būdu. Mezofiliniame procesų metu gaunamas greitesnis džiovinimas lyginant su termofiliniu, tačiau energijos sąnaudos didesnės termofilinei technikai.
Aerobinė dumblo stabilizacija
Aerobinė stabilizacija vyksta aeruojant perteklinį dumblą esant 20°C, trunka 7-15 parų, naudojama elektros energija ir didelės dujų praradimo rizikos. Lietuvoje ši metodika retai taikoma dėl didelių energijos sąnaudų.
Slėgio mažinimas ir vakuuminis sausinimas
Vakuminis filtravimas - vienas iš plačiai taikomų dumblo sausinimo būdų. Būgno vakuuminis filtras leidžia sumažinti dumblo drėgmę nuo 94-95% iki 78-79%, tačiau reikalauja didelių kiekių geležies chlorido, kalkių ir kitų reagentų. Po džiovinimo audinys regeneruojamas. Tokiu būdu išdžiovintas dumblas gali būti naudojamas trąšoms, jeigu nėra užterštas patogeniniais mikroorganizmais ar sunkiųjų metalų druskomis.
Taip pat taikomos centrifugos dumblui tankinti. Iš Šiaulių miesto tyrimų duomenų organinių medžiagų kiekis dumble kinta nuo 46,2% iki 69,8% Gyvūnų mėšle - 2,0-2,6% kalio, 0,6-3,5% fosforo.
Probiotiniai preparatai nuotekų valymui
Probiotikai nuotekų valymui ir dumblo mažinimui - tai gyvi mikroorganizmai, kurie skatina naudingų mikroorganizmų augimą, skaido organines medžiagas ir mažina taršą. Jie gali sumažinti dumblo kiekį iki 3 kartų ir nemalonius kvapus iki 96%. Jie ypač naudingi didelės taršos nuotekoms, kur biologiniai aerobiniai valymo įrenginiai negali visapusiškai apdoroti. Probiotikai yra stabilūs ir ilgai veikia vamzdynuose bei įrenginiuose.
Ekspozicijų praktika ir eksploatacija
Dažnai naudojamos užsienio ir vietinės markės kaip August, Traidenis, Feliksnavis - profesionalūs sprendimai, patikimi ilgaamžiški ir lengvai prižiūrimi. Įrengimo metu būtina teisingai parengti vietą, sumontuoti talpą ir orapūtę, o pirmą mėnesį pradėti su natūraliai kilusiais nuotekomis. Pirmą kartą įrenginiui įpildomas aktyvusis dumblas iš jau veikiančių įrenginių arba įrenginys suvartoja sunaudojant natūralias nuotekas dvi savaites, kol mikroorganizmai susiformuoja. Taip pat svarbu laikytis gamintojo eksploatacijos instrukcijų: tinkama orapūtės priežiūra, filtrų valymas, dumblo valymo grožtės, tonas filtravimo teisės, ir kt.
Biologiniai nuotekų valymo įrenginiai - efektyvus ir patikimas sprendimas, leidžiantis švaresnei aplinkai. Jie veikia be cheminių priemonių, tačiau tam tikrais atvejais gali reikėti papildomų filtrų ar įrenginių, priklausomai nuo teršalų pobūdžio. Sistemų montavimas dažnai užima mažiau vietos, yra kompaktiški ir gali būti montuojami net esant aukštiems gruntiniams vandenims. Įrenginio techniniai parametrai - priklausomai nuo dydžio ir gyventojų skaičiaus, dažnai skiriami kaip individualūs projektai.
Teisinis reglamentavimas ir užklausų gairės
Teisinės nuostatos dėl nuotekų valymo įrenginių ir dumblo šalinimo reikalauja, kad dumblo išvežimas būtų atliekamas licencijuotų įmonių. Taip pat rekomenduojama reguliariai atlikti naudotojo patikras, laboratorinius tyrimus - atlikti akredituotoje laboratorijoje arba vietos vandenvardos įmonėse. Priežiūra - įrenginių profilaktikos servisai, kurie atvyksta į namus periodiškai atlikti valymo filtrų valymą, orapūtės kalibravimą ir dumblo būklės įvertinimą. Įrenginio paleidimas - vienkartinis procesas, po kurio pradeda daugintis mikroorganizmai ir įrenginys gali veikti autonomiškai.
How Do Wastewater Treatment Plants Work?
Požeminis vanduo ir aplinkos apsauga
Požeminis vanduo Lietuvoje - gyvybiškai svarbus geriamojo vandens šaltinis, todėl svarbu jį tausoti ir apsaugoti nuo taršos. Intensyvus vandens šaltinio naudojimas gali lemti slėgio ir lygio pokyčius, o požeminiai vandenys randasi po aeracijos zonomis. Aeracijos zona Lietuvoje yra 1-20 m storio. Gruntiniai ir požeminiai taršos barjerai - fiziniai, cheminiai ir hidrodinaminiai - svarbūs dėl vandens apsaugos. Taršos šaltiniai gali būti taškiniai, linijiniai arba regioniniai, todėl būtina vengti vandens taršos ir valyti nuotekas siekiant apsaugoti požeminius vandenis, kurie būtini žmonėms.
Instrumentai pasirinkimui ir galutinės rekomendacijos
Renkantis nuotekų valymo sprendimus būtina įvertinti taršos kiekį, nuotekų sudėtį ir vietinės infrastruktūros galimybes. Pagrindinis reikalavimas - išvalyti azotą, fosforą ir kitus ištirpusius junginius. Biologiniai įrenginiai dažnai tinkami mažiems namų ūkiams, kuriuose dominuoja buitinių nuotekų dalis. Yra du pagrindiniai veikimo tipai: intensyvus (kompaktiškas, greitas) ir ekstensyvus (platus). Pirmasis naudoja didelį deguonies kiekį ir sukuria aktyvųjį dumblą, antrasis - biofiltrus su atrama skirtingoms mikroorganizmų kultūroms. Įrenginio įrengimas gali būti po žeme, su nuolatinėmis oro tiekimo sąlygomis. Pirmą mėnesį būtina paleisti sistemą su natūralia nuotekų kilme, o vėliau galima į pilvą įpilti aktyvųjį dumblą iš jau veikiančio įrenginio. Priežiūrai svarbu reguliariai stebėti orapūtės darbą, dumblo koncentraciją ir įrenginio techninę būklę.
Galiausiai vienas pagrindinių šiuolaikinių pranašumų - gebėjimas veikti be cheminių priemonių, todėl yra ekologiški ir ekonomiški. Šiam straipsniui iliustruoti naudingos nuorodos į technines specifikacijas, eksploatacijos vadovus ir gamintojų servisus. Kasyba.com komanda turi patirties dirbti su August, Traidenis ir Feliksnavis gamintojais bei teikti pilną paslaugų spektrą - nuo projekto parinkimo iki įrenginio montavimo.
tags: #biologinio #valymo #aktyviuoju #dumblu #principai
