Принцип работы станций ТОПАС основан на процессе мелкопузырчатой аэрации бытовых сточных вод и связанной с ней глубокой биологической очисткой, в основе которой стоит биохимическое разложение сточных вод микроорганизмами.
Ниже, как в Википедии, по полочкам, изложена информация по технолоигии и химии процесса очистки в станциях канализации.
Принципиальная технологическая схема
Для более подробного описания работы станции ниже приведена ее принципиальная схема.
Рис. 1. Принципиальная схема Топас
1. Приемная камера или уравнительный резервуар
Неочищенные стоки по канализационной магистрали (1,2) поступают в приемную камеру (A) установки, где происходит их подготовка – измельчение и частичное окисление за счет аэрации – принудительного насыщения сточных вод кислородом воздуха, возникающего при работе одного из двух установленных в специальном отсеке (I) воздушных компрессоров. Затем, равномерно перемешанные стоки через фильтр крупных фракций, который не дает проходить дальше крупным механическим и не разлагаемым загрязнениям, главным насосом перекачиваются в камеру аэротенка (B).
2. Аэротенк
Насосы осуществляющие перекачку между камерами в ТОПАСе выполнены по принципу эрлифта (или мамут-насоса), перекачивание идет за счет подачи воздуха в трубку, опущенную в перекачиваемую жидкость. В аэротенке происходит основная очистка стоков активным илом – растворенной в воде биомассой состоящей из разных видов микроорганизмов, которые разлагают вещества, составляющие сточные воды. Условием образования активного ила является процесс аэрации в камере аэротенка, за который отвечает второй воздушный компрессор.
3. Вторичный отстойник
После аэротенка смесь очищенных стоков и активного ила поступает в следующую камеру – вторичный отстойник (C), где ил оседает на дно под действием силы тяжести, а осветленные очищенные стоки, представляющие собой технически чистую воду, поступают на выход из станции (3). Между камерами аэротенка и вторичного отстойника установлен уловитель жирных пленок (жироуловитель), который удаляет возможные жировые накопления из вторичного отстойника обратно в аэротенк для дальнейшей переработки.
Осевший на общее дно камер аэротенка и вторичного отстойника ил откачивается в стабилизатор ила (D), где также, оседает на дно, постепенно накапливаясь до удаления.
Для поддержания высокой степени очистки в приемной камере установлен датчик уровня (поплавковый переключатель), который регулирует переключение режимов аэрации в аэротенке и приемной камере в зависимости от уровня стоков в последней.
Фазы работы (Химия процесса)
Выше приведена вкратце принципиальная технологическая схема работы установки. Теперь немного о химии процесса и фазах работы. Очистка сточных вод это сложный многостадийный процесс, в котором участвуют множество микроорганизмов составляющих активный ил. Рассмотрим основные этапы очистки происходящие в станциях глубокой биологической очистки.
1. Биохимическое окисление органических веществ
Во время аэрирования в приемной камере и аэротенке происходит разрушение содержащихся в сточных водах органических веществ. Как это происходит?
Аэробные бактерии, отвечающие за окисление органики, вырабатывают специальные вещества – ферменты, которые помогают окислить органику сточных вод. Часть ферментов выделяется клеткой бактерии наружу (экзоферменты), где они окисляют растворенные органические вещества до состояния, когда окисленное вещество сможет проникнуть в клетку бактерии. Вторая часть ферментов находится в самой клетке (эндоферменты) и доокисляет, то, что попало внутрь. Этот механизм можно сравнить с приемом пищи человека: сначала еда прожёвывается, измельчаясь, а затем уже подготовленная переваривается в желудке.
Процесс биохимического окисления необходим для двух целей:
а) для питания клетки бактерии за счет выделившейся энергии. Можно представить схематично, как
b) для образования новых клеток
2. Нитрификация и денитрификация
Важным этапом очистки сточных вод являются процессы нитрификации/денитрификации.
Нитрификация – процесс окисления аммонийного азота отдельной группой нитрифицирующих аэробных бактерий при помощи ферментов. В сточных водах аммонийный азот представлен в основном в виде продуктов жизнедеятельности человека аммиака и мочевины, а так же в меньшей степени в виде других соединении органической природы (аминокислоты, белки), которые окисляются с образованием того же аммиака. Процесс, как и биохимическое окисление, проходит при аэрации сточных вод в аэротенке, схематично его можно представить следующим образом:
Денитрификация – процесс восстановления нитратов образованных на стадии нитрификации до молекулярного азота денитрифицирующими анаэробными бактериями. Является частью анаэробного дыхания, грубо говоря, нитраты и продукты их восстановления используются вместо кислорода для окисления органических веществ. Процесс протекает без участия кислорода, поэтому денитрификация идет в аэротенке при отключенной аэрации.
3. Удаление фосфора
Фосфор в сточных водах находится в нерастворимых соединениях, органических соединениях и в виде растворимых соединений (фосфатов и полифосфатов), последние и необходимо удалять. Часть фосфора расходуется на образование новых клеток микроорганизмов активного ила, так как фосфор наравне с азотом является биогенным элементом (необходимым для нормальной жизнедеятельности и воспроизведения) Часть переходит в нерастворимые соединения путем образования комплексов с Са2+, Mg2+, Fe3+, Al3+ находящимися в сточных водах. В результате, качественно, мы имеем очистку по фосфору около 30 %.
Степень очистки
В результате протекающих процессов и при соблюдении технологии имеем следующие показатели очистки:
