Очистки сточных вод 09.03.2020 – Posted in: Септики и ЛОС

 

Очистка сточных вод , также называемая очисткой сточных вод , удаление загрязнений из сточных вод или сточных вод до того, как они попадут в водоносные горизонты или естественные водоемы, такие как реки , озера , лиманы и океаны . Поскольку чистая вода не встречается в природе (т. Е. Вне химических лабораторий), любое различие между чистой водой и загрязненной водой зависит от типа и концентрации примесей в воде, а также от ее предполагаемого использования. В общих чертах, считается, что вода загрязнена, если в ней содержится достаточно примесей, что делает ее непригодной для определенного использования, например, для питья, плавания или рыбалки. Хотя качество воды зависит от природных условий, словозагрязнение обычно подразумевает деятельность человека как источник загрязнения.Загрязнение воды , поэтому, в первую очередь обусловлено осушению загрязненных сточных вод в поверхностные воды или грунтовых вод , а обработка сточных вод является основным элементом борьбы с загрязнением воды.

 

Прямой сброс сточных вод

Многие древние города имели дренажные системы, но в первую очередь предназначались для отвода дождевой воды от крыш и тротуаров. Ярким примером является дренажная система Древний Рим . Это включало много поверхностных каналов, которые были связаны с большим сводчатым каналом, названнымCloaca Maxima («Великая канализация»), которая несла дренажные воды к реке Тибр . Клоака Максима, построенная из камня и в большом масштабе, является одним из старейших памятников римской инженерии .

В средние века был незначительный прогресс в городском дренаже или канализации. Использовались тайные хранилища и выгребные ямы, но большинство отходов просто сбрасывалось в водосточные желоба, которые смываются через стоки от наводнений. Туалеты (туалеты) были установлены в домах в начале 19 века, но обычно они были связаны с выгребными ямы, а не в канализацию . В густонаселенных районах местные условия вскоре стали невыносимыми, поскольку выгребные ямы редко опорожнялись и часто переполнялись. Угроза общественному здоровью стала очевидной. В Англии в середине 19-го века вспышки холеры были связаны непосредственно с источниками колодезной воды, загрязненными человеческими отходами из закрытых хранилищ и выгребных ям. Вскоре стало необходимо, чтобы все туалеты в крупных городах были подключены непосредственно к ливневым канализационным системам. Это передало нечистоты от земли около домов до близлежащих водоемов. Таким образом, возникла новая проблема: загрязнение поверхностных вод.

Разработки в очистке сточных вод

Раньше говорили, что «решением проблемы загрязнения является разбавление». Когда небольшое количество сточных вод сбрасывается в проточную массу воды, происходит естественный процесс самоочищения потока. Густонаселенные сообщества производят такие большие количества сточных вод, однако, что только разбавление не предотвращает загрязнение. Это делает необходимым лечить или очищатьдо некоторой степени сточные воды перед утилизацией.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской.Подпишитесь сегодня

Строительство централизованных очистных сооружений началось в конце 19 и начале 20 веков, главным образом в Соединенное Королевство иСоединенные Штаты Америки . Вместо того, чтобы сбрасывать сточные воды непосредственно в близлежащий водоем, сначала они проходили через комбинацию физических, биологических и химических процессов, которые удаляли некоторые или большинство загрязняющих веществ. Также начиная с 1900-х годов, новые системы сбора сточных вод были разработаны для отделения ливневых вод от бытовых сточных вод, чтобы очистные сооружения не перегружались в периоды влажной погоды.

После середины 20-го века растущее беспокойство общественности по поводу качества окружающей среды привело к более широкому и более жесткому регулированию практики удаления сточных вод. Требовались более высокие уровни лечения. Например, предварительная очистка промышленных сточных вод с целью предотвращения воздействия токсичных химических веществ на биологические процессы, используемые на очистных сооружениях, часто становилась необходимостью. Фактически технология очистки сточных вод достигла такой степени, что стало возможным удаление практически всех загрязняющих веществ из сточных вод. Однако это было настолько дорого, что такой высокий уровень лечения обычно не оправдывался.

Станции очистки сточных вод превратились в большие, сложные сооружения, для работы которых требовалось значительное количество энергии . После подъема нефтяных цен в 1970 — х годах, забота о сохранении энергии стала более важным фактором при разработке новых систем контроля загрязнения окружающей среды. Следовательно, землеустройство и подземное захоронение сточных вод стали получать повышенное внимание, где это возможно . Такие «низкотехнологичные» методы контроля загрязнения не только могут помочь в сбережении энергии, но также могут служить для переработки питательных веществ и пополнения запасов подземных вод.

Источники Загрязнения Воды

Загрязнители воды могут происходить из точечных источников или из рассеянных источников. Точечным источником загрязнения является тот, который попадает в воду из одного трубопровода или канала, такого как канализационный или водоотводный трубопровод. Рассеянные источники — это широкие, неограниченные области, из которых загрязняющие вещества попадают в водоем. Поверхностный сток с ферм, например, являетсярассеянный источник загрязнения , переносящий отходы животных , удобрения , пестициды и ил в близлежащие ручьи. Городской ливневой сток, который может нести песоки другие мелкие материалы, нефтяные остатки от автомобилей и химические средства для противогололедных дорог также считаются рассеянным источником из-за множества мест, в которые он попадает в местные ручьи или озера. Загрязнители с точечным источником легче контролировать, чем загрязнители с рассеянным источником, поскольку они поступают в одно место, где процессы очистки могут удалить их из воды. Такой контроль обычно невозможен в отношении загрязняющих веществ из рассеянных источников, которые вызывают большую часть общей проблемы загрязнения воды. Загрязнение воды из рассеянных источников лучше всего снизить путем обеспечения соблюдения надлежащих планов землепользования и стандартов развития.

Основные типы загрязнителей воды включают патогенные организмы, кислородосодержащие отходы, питательные вещества для растений, синтетические органические химические вещества, неорганические химические вещества, микропластики, отложения, радиоактивные вещества, нефть и тепло. Сточные воды — основной источник первых трех типов. Фермы и промышленные объекты также являются источниками некоторых из них. Осадок из эродированного верхнего слоя почвы считается загрязняющим веществом, поскольку он может повредить водные экосистемы, а тепло (особенно от охлаждающей воды электростанции) считается загрязняющим веществом из-за неблагоприятного воздействия, которое он оказывает на уровни растворенного кислорода и водную жизнь в реках и озерах.

Типы сточных вод

Есть три типа сточные воды или сточные воды:бытовые сточные воды ,промышленные сточные воды и ливневая канализация. Бытовые сточные воды переносят использованную воду из домов и квартир; это также называют санитарными сточными водами. Промышленные сточные воды — это использованная вода от производственных или химических процессов. Ливневые стоки или ливневые воды — это стоки от осадков, которые собираются в системе труб или открытых каналов.

Бытовые сточные воды составляют чуть более 99,9 процентов воды по весу. Остальные, менее 0,1 процента, содержат большое количество растворенных и взвешенных примесей. Хотя эти примеси составляют очень небольшую долю сточных вод по массе, природа этих примесей и большие объемы сточных вод, в которых они содержатся, делают утилизацию бытовых сточных вод серьезной технической проблемой. Основными примесями являются гнилостные органические материалы и питательные вещества для растений, но бытовые сточные воды также могут содержать болезнетворные микробы. Промышленные сточные воды обычно содержат специфические и легко идентифицируемые химические соединения.в зависимости от характера производственного процесса. Ливневая канализация несет органические материалы, взвешенные и растворенные твердые вещества, а также другие вещества, собираемые при движении по земле.

Органический материал

Количество гнилостного органического материала в сточных водах обозначается биохимическая потребность в кислороде , или БПК; чем больше органического материала в сточных водах, тем выше БПК, то есть количество кислорода, необходимое микроорганизмам для разложения органических веществ в сточных водах. Это один из наиболее важных параметров для проектирования и эксплуатации очистных сооружений. Промышленные сточные воды могут иметь уровни БПК во много раз превышающие уровни бытовых сточных вод. БПК ливневых сточных вод вызывает особую озабоченность, когда они смешиваются с бытовыми сточными водами в комбинированных системах канализации ( см. Ниже ).

растворенный кислород является важным фактором качества воды для озер и рек . Чем выше концентрация растворенного кислорода, тем лучше качество воды. Когда сточные воды попадают в озеро или ручей, начинается разложение органических веществ. Кислород потребляется, поскольку микроорганизмы используют его в своем метаболизме. Это может быстро истощить доступный кислород в воде. Когда уровень растворенного кислорода падает слишком низко, форель и другие водные виды скоро погибают. На самом деле, если уровень кислорода упадет до нуля, вода станет септической. Разложение органических соединений без кислорода вызывает нежелательные запахи, обычно связанные с септическими или гнилостными состояниями.

Взвешенные вещества

Другая важная характеристика сточных вод — взвешенные вещества. Объем Шлам, образующийся на очистных сооружениях, напрямую связан с общим количеством взвешенных твердых частиц, присутствующих в сточных водах. Промышленные и ливневые сточные воды могут содержать более высокие концентрации взвешенных веществ, чем бытовые сточные воды. Степень, в которой очистная установка удаляет взвешенные частицы, а также БПК, определяет эффективность процесса очистки.

Питательные вещества для растений

Бытовые сточные воды содержат соединения азота и фосфора , два элемента, которые являются основными питательными веществами, необходимыми для роста растений. В озерах чрезмерное количествонитраты ифосфаты могут вызвать быстрый рост водорослей . Цветение водорослей, часто вызываемое сбросом сточных вод, ускоряет естественное старение озер в процессе, называемом эвтрофикацией .

Микробы

Бытовые сточные воды содержат много миллионов микроорганизмов на галлон. Большинство из нихколиформные бактерии из кишечного тракта человека и бытовые сточные воды также могут нести другие микробы. Колиформы используются в качестве индикаторов загрязнение сточных вод. Высокое количество кишечной палочки обычно указывает на недавнее загрязнение сточных вод.

 
 

Канализационные Системы

Канализационная система, или сточных вод система сбора, представляет собой сеть из труб, насосных станций и принадлежностей , которые передают сточные воды из его точек происхождения до точки обработки и удаления.

 

Комбинированные системы

Системы, которые переносят смесь как бытовых, так и ливневых сточных вод, называются комбинированная канализация. Комбинированные канализационные трубы обычно состоят из труб или туннелей большого диаметра из-за больших объемов ливневой воды, которую необходимо переносить в периоды влажной погоды. Они очень распространены в старых городах, но больше не проектируются и не строятся как часть новых канализационных сооружений. Поскольку очистные сооружения не могут обрабатывать большие объемы ливневой воды, сточные воды должны обходить очистные сооружения в сырую погоду и сбрасываться непосредственно в приемную воду. Этикомбинированные переливы канализационных стоков, содержащие неочищенные бытовые сточные воды, вызывают повторяющиеся проблемы загрязнения воды и являются очень проблемными источниками загрязнения .

В некоторых крупных городах проблема комбинированного переполнения канализационных систем была уменьшена за счет перенаправления первого потока комбинированных сточных вод в большой бассейн или подземный туннель. После временного хранения его можно обработать путем отстаивания и дезинфекции перед сбросом в принимающий водоем, или его можно обрабатывать на близлежащей станции очистки сточных вод со скоростью, которая не будет перегружать установку. Еще один метод контроля комбинированных сточных вод включает использованиевихревые концентраторы. Они направляют сточные воды через устройства цилиндрической формы, которые создают эффект вихря или вихря. Водоворот помогает сконцентрировать примеси в намного меньшем объеме воды для обработки.

 

Отдельные системы

Новые сооружения по сбору сточных вод спроектированы как отдельные системы, несущие либо бытовые, либо ливневые сточные воды, но не оба вместе. Ливневые канализационные коллекторы обычно переносят поверхностный сток к месту захоронения в ручье или реке . Небольшие бассейны для содержания под стражей могут быть построены как часть системы, временно сохраняя ливневую воду и уменьшая величину максимальной скорости потока. Санитарные канализационные трубы, с другой стороны, переносят бытовые сточные воды на очистные сооружения. Предварительно очищенные промышленные сточные воды могут быть включены в муниципальные системы канализации, но ливневые воды исключены.

Ливневая канализация обычно строится из секций железобетонной трубы. В некоторых случаях могут использоваться гофрированные металлические трубы. Впуски ливневых стоков или водосборные бассейны располагаются через подходящие промежутки времени на улице с проезжей частью или на частной собственности. Трубопроводы, как правило, расположены так, чтобы пропускать самотечный поток в близлежащий поток или в бассейн для содержания под стражей. По возможности избегать насосных станций ливневой воды из-за очень большой производительности насоса , которая необходима для обработки прерывистых потоков.

 

Санитарный канализационная системавключает в себя боковые, субдомены и перехватчики. За исключением отдельных подключений к дому, боковые каналы являются самыми маленькими канализационными сетями в сети. Они обычно имеют диаметр не менее 200 мм (8 дюймов) и несут сточные воды самотеком в более крупные поддоны или коллекторные канализационные коллекторы. Коллекторная канализация соединяется с главным перехватчиком или магистральной линией, которая переносит сточные воды на очистные сооружения. Перехватчики обычно изготавливаются из сборных секций железобетонной трубы диаметром до 5 метров (15 футов). Другие материалы, используемые для санитарных канализационных коллекторов, включают остеклованную глину, асбестоцемент, пластик, сталь или ковкий чугун. Использование пластика для боковых сторон увеличивается из-за его легкости и простоты монтажа. Железные и стальные трубы используются для силовых сетей или на насосных станциях.

 

Альтернативные системы

Иногда стоимость обычных самотечных канализационных коллекторов может быть чрезмерно высокой из-за низкой плотности населения или условий на месте, таких как высокий уровень грунтовых вод или коренная порода. Три альтернативные системы сбора сточных вод, которые могут использоваться в этих условиях, включают в себя гравитационные канализационные коллекторы малого диаметра, канализационные коллекторы и вакуумные канализационные коллекторы.

В гравитационных системах малого диаметра септические резервуары сначала используются для удаления осаждаемых и плавающих твердых частиц из сточных вод из каждого дома, прежде чем они попадут в сеть коллекторных сетей (обычно диаметром 100 мм или 4 дюйма); эти системы наиболее подходят для небольших сельских общин, Поскольку они не несут смазки, песка и твердых частиц, трубы могут быть меньшего диаметра и размещаться на уменьшенных уклонах или уклонах, чтобы минимизировать затраты на выемку траншей. Канализационные коллекторы лучше всего использовать на ровных участках или там, где потребуется дорогостоящая выемка горных пород. Измельчители насосов сбрасывают сточные воды из каждого дома в основную напорную канализацию, которая может следовать по наклону земли. В вакуумной канализации сточные воды из одного или нескольких зданий самотеком поступают в отстойник или резервуар, из которого они вытягиваются вакуумными насосами, расположенными на центральной вакуумной станции, а затем поступают в сборный резервуар. Из вакуумного резервуара сточные воды перекачиваются на очистные сооружения.

 

Насосы

Насосные станции строятся тогда, когда сточные воды должны подниматься от нижней точки до точки более высокой отметки или там, где топография препятствует гравитационному течению вниз. Специальные не засоряющиеся насосы доступны для обработки неочищенных сточных вод. Они установлены в структурах, называемыхподъёмные станции. Существует два основных типа лифтовых станций: сухая и влажная. Установка с мокрым колодцем имеет только одну камеру или резервуар для приема и удержания сточных вод до тех пор, пока они не будут откачаны. Специально разработанные погружные насосы и двигатели могут быть расположены в нижней части камеры, полностью ниже уровня воды.Установки для сухих скважин имеют две отдельные камеры: одну для приема сточных вод и одну для защиты и защиты насосов и органов управления. Защитная сухая камера обеспечивает легкий доступ для осмотра и технического обслуживания. Все станции подъема сточных вод, будь то мокрого или сухого типа, должны включать как минимум два насоса. Один насос может работать, а другой снимается для ремонта.

 
 

Скорости потока

Существует широкий разброс скоростей сточных вод в течение дня. Система канализации должна приспосабливаться к этому варианту. В большинстве городов скорость бытовых сточных вод максимальна в утренние и вечерние часы. Они самые низкие в середине ночи. Объемы потока зависят от плотности населения, потребления воды и степени коммерческой или промышленной активности в сообществе . Средний расход сточных вод обычно примерно такой же, как и средний расход воды в сообществе. В боковой канализации кратковременные пиковые скорости потока могут примерно в четыре раза превышать среднюю скорость потока. В магистральной канализации пиковые скорости потока могут быть в два с половиной раза выше среднего.

Хотя потоки сточных вод зависят от жилых, коммерческих и промышленных связей, скорость потока сточных вод потенциально может стать выше в результате притока и инфильтрации (I & I) в канализационную систему. Приток соответствует ливневой воде, попадающей в канализацию из неподходящих соединений, таких как водосточные трубы, ливневые стоки, водосточные трубы и отстойники. Большое количество дождевой воды может попасть в канализационную систему во время осадков и ливневых дождей или во время сезонного весеннего затопления рек, затопленных таянием льда . Инфильтрация относится к подземным водампопадание в канализацию через неисправные или сломанные трубы. В обоих этих случаях нижеперечисленные коммунальные предприятия и очистные сооружения могут испытывать потоки, превышающие ожидаемые, и могут стать гидравлически перегруженными. Во время таких перегрузок коммунальные службы могут попросить жителей, подключенных к системе, воздерживаться от использования посудомоечных и стиральных машин и даже могут ограничить смывание туалетов и использование душа в попытке уменьшить нагрузку. Такие проблемы с I & I могут быть особенно серьезными в старых и стареющих водных инфраструктурах .

 

Очистка И Удаление Сточных Вод

Размер и мощность систем очистки сточных вод определяются предполагаемым объемом сточных вод, образующихся в жилых домах, предприятиях и отраслях промышленности, подключенных к канализационным системам, а также ожидаемым притоком и инфильтрацией (I & I). Выбор конкретных конфигураций очистных сооружений на участке, в кластере или в централизованном режиме зависит от таких факторов, как количество обслуживаемых клиентов, географический сценарий, ограничения площадки, канализационные соединения, средние и пиковые потоки, характеристики приточных сточных вод, нормативные пределы сточных вод, технологическая осуществимость, потребление энергии , а также затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание.

Преобладающим методом сброса сточных вод в крупных городах и поселках является сброс в водоем поверхностных вод. Пригородные и сельские районы больше полагаются на недропользование. В любом случае сточные воды должны быть очищены или обработаны до некоторой степени, чтобы защитить здоровье людей и качество воды. Взвешенные частицы и биоразлагаемые органические вещества должны быть удалены в различной степени. Патогенные бактерии должны быть уничтожены. Также может быть необходимо удалитьнитраты ифосфаты (питательные вещества для растений) и для нейтрализации или удаления промышленных отходов и токсичных химических веществ.

Степень очистки сточных вод зависит от местных условий окружающей среды и государственных стандартов. Два соответствующих типа стандартовстандарты потока и стандарты стоков. Стандарты ручьев, разработанные для предотвращения ухудшения существующего качества воды, устанавливают ограничения на количество конкретных загрязняющих веществ, допускаемых в ручьях, реках и озерах. Пределы зависят от классификации «максимально полезного использования» воды. Параметры качества воды , которые регулируются стандартами потока, включают растворенный кислород, колиформу, мутность, кислотность и токсичные вещества.Стандарты сточных вод, с другой стороны, относятся непосредственно к качеству очищенных сточных вод, сбрасываемых из очистных сооружений. Факторы, контролируемые в соответствии с этими стандартами, обычно включают биохимическую потребность в кислороде (БПК), взвешенные вещества, кислотность и колиформу .

Существует три уровня очистки сточных вод: первичный, вторичный и третичный (или продвинутый). Первичная обработка удаляет около 60 процентов всех взвешенных веществ и около 35 процентов БПК; растворенные примеси не удаляются. Обычно используется в качестве первого шага передвторичное лечение . Вторичная обработка удаляет более 85 процентов как взвешенных веществ, так и БПК. Минимальный уровень вторичного лечения обычно требуется в Соединенных Штатах и ​​других развитых странах. Когда необходимо удалить более 85 процентов общего количества твердых веществ и БПК или когда необходимо снизить уровни растворенных нитратов и фосфатов,третичные методы лечения используются. Третичные процессы могут удалять более 99 процентов всех примесей из сточных вод, производя сточные воды почти качества питьевой воды. Третичное лечение может быть очень дорогим, часто удваивая стоимость вторичного лечения. Он используется только при особых обстоятельствах.

Для всех уровней очистки сточных вод последним этапом перед сбросом сточных вод в водоем является дезинфекция , которая уничтожает любые оставшиеся патогены в сточных водах и защищает здоровье населения. Дезинфекция обычно осуществляется путем смешивания сточных вод схлор газа или жидких растворов гипохлорита химических веществ в контактной резервуаре , по крайней мере , 15 минут. Поскольку остатки хлора в сточных водах могут оказывать неблагоприятное воздействие на водную жизнь, для дехлорирования сточных вод может быть добавлено дополнительное химическое вещество.Ультрафиолетовое излучение , которое можно дезинфицировать, не оставляя остатков в сточных водах, становится все более конкурентоспособным с хлором как дезинфицирующим средством для сточных вод.

 
 

Первичное лечение

Первичная обработка удаляет материал, который либо плавает, либо легко оседает под действием силы тяжести . Он включает в себя физические процессы скрининга, измельчения, удаления песка и осаждения. Экраны сделаны из длинных, близко расположенных узких металлических стержней. Они блокируют плавающие обломки, такие как древесина , ветошь и другие громоздкие предметы, которые могут забить трубы или насосы. На современных заводах сита очищаются механически, а материал быстро утилизируется путем захоронения на территории завода. Comminutor может использоваться для измельчения и измельчения мусора, который проходит через экраны. Измельченный материал затем удаляется с помощью процессов седиментации или флотации.

Камеры для песка — это длинные узкие резервуары, которые предназначены для замедления потока, чтобы твердые частицы, такие как песок , кофейная гуща и яичная скорлупа, оседали из воды . Песок вызывает чрезмерный износ насосов и другого оборудования. Его удаление особенно важно в городах с комбинированными канализационными системами, которые несут большое количество ила, песка и гравия, которые смывают улицы или землю во время шторма.

Взвешенные твердые частицы, которые проходят через сита и зернистые камеры, удаляются из сточных вод в отстойниках. Эти танки, также называемыепервичные осветлители, обеспечивают около двух часов времени задержания для установления гравитации. По мере того, как сточные воды проходят через них медленно, твердые вещества постепенно опускаются на дно. Твердые частицы — известные как сырые или первичныешлам — перемещается по дну резервуара механическими скребками. Отстой собирается в бункере, где он откачивается для удаления. Механические устройства для поверхностного удаления удаляют жир и другие плавающие материалы.

Вторичная очистка

Вторичная обработка удаляет растворимые органические вещества, которые избегают первичной обработки. Это также удаляет больше взвешенных частиц. Удаление обычно осуществляется биологическими процессами, в которых микробы поглощают органические примеси в пищу , превращая их в углекислый газ , воду и энергию для собственного роста и размножения. Станция очистки сточных вод обеспечивает подходящую среду , хотя бы из стали и бетона, для этого естественного биологического процесса. Удаление растворимых органических веществ на очистных сооружениях помогает защитить баланс растворенного кислорода в принимающем потоке, реке или озере.

Существует три основных метода биологической очистки: капельный фильтр, процесс с активным илом и окислительный пруд. Четвертый, менее распространенный метод — это вращающийся биологический контактор.

Капельный фильтр

Капельный фильтр — это просто резервуар, заполненный глубоким слоем камней. Отстоявшиеся сточные воды непрерывно распыляются поверх камней и стекают на дно, где они собираются для дальнейшей обработки. Когда сточные воды стекают, бактерии собираются и размножаются на камнях. Устойчивый поток сточных вод по этим наростам позволяет микробам поглощать растворенные органические вещества, тем самым снижая биохимическую потребность в кислороде (БПК) сточных вод. Воздух, циркулирующий вверх через пространства между камнями, обеспечивает достаточное количество кислорода для метаболических процессов.

Урегулирование танков, называется вторичные отстойники, следите за капельными фильтрами. Эти осветлители удаляют микробы, которые смываются с камней потоком сточных вод. Два или более капельных фильтра могут быть соединены последовательно, и сточные воды могут рециркулировать для повышения эффективности лечения .

Активированный ил

Активированный Система обработки осадка состоит из аэротенка, за которым следует вторичный отстойник. Осадок сточных вод, смешанный со свежим илом, который рециркулирует из вторичного отстойника, вводится в аэротенк. Сжатый воздух затем впрыскивается в смесь через пористые диффузоры, расположенные в нижней части резервуара. По мере того как он пузырится на поверхности, рассеянный воздух обеспечивает кислород и быстрое перемешивание. Воздух также может быть добавлен перемешивающим действием механических пропеллероподобных смесителей, расположенных на поверхности резервуара.

В таких оксигенированных условиях микроорганизмы процветают, образуя активную, здоровую суспензию биологических твердых веществ, в основном бактерий, называемых активным илом. Около шести часов задержания предусмотрено в аэротенке. Это дает микробам достаточно времени для поглощения растворенных органических веществ из сточных вод, уменьшаяБОД . Затем смесь поступает из аэротенка во вторичный отстойник, где активный ил осаждается под действием силы тяжести. Чистая вода снимается с поверхности осветлителя, дезинфицируется и сбрасывается в качестве вторичного стока. Шлам откачивается из бункера на дне резервуара. Около 30 процентов отстоя рециркулируется обратно в аэротенк, где он смешивается с первичными стоками. Эта рециркуляция является ключевой особенностью процесса активного ила. Переработанные микробы хорошо акклиматизируются в канализационной среде и легко метаболизируют органические вещества в первичных стоках. Оставшиеся 70 процентов вторичного ила должны быть обработаны и утилизированы приемлемым способом ( см. Обработка и удаление ила).

Вариации процесса с активным илом включают расширенную аэрацию, стабилизацию контакта и аэрацию кислорода высокой чистоты. Расширенная аэрация и в системах стабилизации контактов отсутствует первичная стадия отстаивания. Они эффективны для очистки небольших сточных вод из мотелей, школ и других относительно изолированных источников сточных вод. Обе эти обработки обычно выполняются в сборных стальных резервуарах, называемыхупаковка растений . Системы аэрации кислорода смешивают чистый кислород с активным илом. Более высокая концентрация кислорода позволяет сократить время аэрации с шести до двух часов, уменьшая необходимый объем бака.

 
 

Окислительный пруд

Окислительные пруды, также называемые лагунами или стабилизационными, представляют собой большие неглубокие пруды, предназначенные для очистки сточных вод посредством взаимодействия солнечного света , бактерий и водорослей. Водоросли растут с использованием энергии солнца и углекислого газа и неорганических соединений, выделяемых бактериями в воде. Во время процесса фотосинтезаводоросли выделяют кислород, необходимый для аэробных бактерий. Иногда устанавливаются механические аэраторы для подачи еще большего количества кислорода, тем самым уменьшая необходимый размер пруда. Отложения ила в пруду должны быть в конечном итоге удалены путем дноуглубительных работ. Водоросли, остающиеся в стоках водоема, могут быть удалены фильтрацией или комбинацией химической обработки и отстаивания.

Вращающийся биологический контактор

В этой системе очистки серия больших пластиковых дисков, установленных на горизонтальном валу, частично погружена в первичные стоки. Когда вал вращается, диски подвергаются попеременному воздействию воздуха и сточных вод, что позволяет слою бактерий расти на дисках и метаболизировать органику в сточных водах.

Третичное лечение

Когда предполагаемая приемная вода очень уязвима к воздействию загрязнения , вторичные стоки могут быть дополнительно обработаны несколькими третичными процессами.

Сточные полировки

Для удаления дополнительных взвешенных веществ и БПК из вторичных сточных вод эффективная обработка является полировкой сточных вод. Чаще всего это достигается с помощью фильтров гранулированных сред, очень похожих на фильтры, используемые для очистки питьевой воды. Фильтры для полировки обычно изготавливаются в виде сборных блоков с резервуарами, расположенными непосредственно над фильтрами для хранения воды обратной промывки. Очистка сточных вод при сточных водах также может быть достигнута с использованием микротрейнеров типа, используемого при очистке городских водопроводов .

 

Удаление растительных питательных веществ

Когда стандарты обработки требуют удаления питательных веществ из сточных вод, это часто делается как третичный этап. Фосфор в сточных водах обычно присутствует в форме органических соединений и фосфатов, которые легко удаляются путем химического осаждения . Этот процесс, однако, увеличивает объем и вес осадка .Азот , другое важное питательное вещество для растений, присутствует в сточных водах в форме аммиака и нитратов . Аммиак токсичен для рыб , а также потребляет кислород в принимающих водах, поскольку он превращается в нитраты. Нитраты, как и фосфаты, способствуют росту водорослей и эвтрофикации озер. Метод называетсянитрификация-денитрификация может быть использована для удаления нитратов. Это двухэтапный биологический процесс, при котором аммиачный азот сначала превращается в нитратымикроорганизмы . Нитраты далее метаболизируется другими видами бактерий, образующим азот газа , который ускользает в воздух. Этот процесс требует строительства большего количества аэрационных и отстойных резервуаров и значительно увеличивает стоимость обработки.

Физико-химический процесс называется отгонка аммиака может быть использована для удаления аммиака из сточных вод. Химические вещества добавляются для преобразования ионов аммония в газообразный аммиак. Сточные воды затем каскадно спускаются через башню, позволяя газу выходить из раствора и выходить в воздух. Стриппинг дешевле, чем нитрификация-денитрификация, но он не очень эффективен в холодную погоду.

 

Обработка земли

В некоторых местах вторичные стоки можно наносить непосредственно на землю, а полированные стоки, получаемые естественными процессами, как сточные воды перетекают через растительность и просачиваются через почву . Существует три типа обработки почвы: медленная, быстрая инфильтрация и сухопутный сток.

 

в медленный, или оросительный, метод, сточные воды наносятся на землю путем разбрасывания гребней и борозд (в канавах) или с помощью спринклерных систем. Большая часть воды и питательных веществ поглощается корнями растущей растительности. вМетод быстрой инфильтрации, сточные воды хранятся в больших прудах, называемых бассейнами пополнения. Большая часть его проникает в грунтовые воды , и очень мало поглощается растительностью. Чтобы этот метод работал, почвы должны быть очень проницаемыми. ВПо сухопутному потоку сточные воды распыляются на наклонную растительную террасу и медленно стекают в канаву. Очистка достигается физическими, химическими и биологическими процессами, и собранная вода обычно сбрасывается в близлежащий поток.

Обработка почвы сточными водами может обеспечить влажность и питательные вещества для роста растительности, такой как кукуруза или зерно для корма для животных . Он также может пополнять или пополнять подземные водоносные горизонты. Обработка почвы, по сути, позволяет рециркулировать сточные воды для полезного использования. Однако требуются большие площади, и выполнимость такого рода обработки может быть дополнительно ограничена структурой почвы и климатом.

 
 

Кластерные системы очистки сточных вод

В некоторых случаях, когда невозможно подключить жилые помещения или объекты к канализационным системам общего пользования , общины могут выбрать кластерную систему очистки сточных вод. Такие установки представляют собой меньшие версии централизованных очистных сооружений и обслуживают только ограниченное количество соединений. Технологии, используемые для кластерной очистки сточных вод, могут быть такими же, как и для централизованных систем или отдельных локальных систем, в зависимости от конкретных применений и требуемой степени очистки. После очистки сточные воды из кластерных систем сточных вод могут быть сброшены с помощью методов поверхностного или подземного удаления.

 

Местные септики и промывные поля

В малонаселенных пригородных или сельских районах, как правило, невыгодно строить системы сбора сточных вод и централизованно расположенные очистные сооружения. Вместо этого для каждого дома предусмотрена отдельная система обработки и утилизации. Локальные системы обеспечивают эффективные, недорогие, долгосрочные решения для удаления сточных вод, если они правильно спроектированы, установлены и обслуживаются. В Соединенных Штатах около трети частных домов используютлокальная система недропользования.

Наиболее распространенный тип системы на месте включает в себя заглубленную, водонепроницаемую септик и подповерхностное поглощающее поле (также называемое дренажным полем или промывочным полем). Септический резервуар служит в качестве основной камеры осаждения и хранения осадка , удаляя большую часть осаждаемого и плавающего материала из сточных вод. Хотя шлам разлагается анаэробно, в конечном итоге он накапливается на дне резервуара и должен периодически откачиваться (каждые два-четыре года). Плавающие твердые частицы и жир задерживаются перегородкой на выходе из резервуара, и осажденные сточные воды вытекают вПоле поглощения, через которые она просачивается вниз в землю. По мере того как он медленно протекает через слои почвы , осевшие сточные воды подвергаются дальнейшей обработке и очистке как физическими, так и биологическими процессами, прежде чем они достигнут уровня грунтовых вод .

Абсорбционное поле включает в себя несколько перфорированных трубопроводов, помещенных в длинные неглубокие траншеи, заполненные гравием. Трубы распределяют стоки по значительной площади, когда она просачивается через гравий в нижележащие слои почвы. Если место захоронения слишком мало для обычного промывного поля, вместо неглубоких траншей можно использовать более глубокие ямы для просачивания; ямы для просачивания требуют меньше площади, чем поля для выщелачивания. Как траншеи для выщелачивания, так и ямы для просачивания должны быть расположены выше сезонно высокого уровня грунтовых вод .

Для успешного сброса подземных сточных вод проницаемость или гидравлическая проводимость почвы должна быть в допустимых пределах. Если оно слишком низкое, сточные воды не смогут эффективно течь через почву и могут просочиться на поверхность абсорбционного поля, создавая угрозу для здоровья населения . Если проницаемость слишком высока, очистка может оказаться недостаточной, прежде чем сточные воды достигнут уровня грунтовых вод, что приведет к загрязнению грунтовых вод. Способность земли поглощать осевшие сточные воды в значительной степени зависит от текстуры почвы (т. Е. Относительного количества гравия, песка , ила и глины). Проницаемость может быть оценена путем непосредственного наблюдения за почвой в вырытых ямах для испытаний, а также путем проведениятест на перколяцию или «на тест». Perc-тест измеряет скорость, с которой вода просачивается в почву в маленьких пробирках, вырытых на месте утилизации. Измеренная скорость прохождения может быть использована для определения общей требуемой площади поля поглощения или количества просачивающихся ям.

В тех случаях, когда неблагоприятные условия на месте или в почве не позволяют использовать как абсорбционные поля, так и ямы для просачивания, для удаления сточных вод на месте могут использоваться системы насыпей Курган представляет собой поглощающее поле, построенное над естественной поверхностью земли, чтобы обеспечить подходящий материал для перколяции и отделить дренажное поле от уровня воды. Сточные воды из септического резервуара периодически откачиваются из камеры и наносятся на насыпь. Другие альтернативные методы утилизации на месте включают использование прерывистых песочных фильтров или небольших сборных аэробных установок. Дезинфекция (обычно хлорированием) сточных вод из этих систем требуется, когда сточные воды сбрасываются в близлежащий поток.

 

Повторное использование сточных вод

Сточные воды могут быть ценным ресурсом в городах или поселках, где население растет, а водоснабжение ограничено. Помимо уменьшения нагрузки на ограниченные запасы пресной воды, повторное использование сточных вод может улучшить качество ручьев и озер за счет уменьшения сброса сточных вод, которые они получают. Сточные воды могут регенерироваться и повторно использоваться для орошения сельскохозяйственных культур и ландшафтов, пополнения запасов подземных вод или в рекреационных целях. Рекламация для питья технически возможна, но это повторное использование сталкивается со значительным сопротивлением общественности.

Существует два типа повторного использования сточных вод: прямой и косвенный. ВПрямое повторное использование очищенных сточных вод направляется в какую-либо систему водоснабжения без предварительного разбавления в естественном потоке, озере или подземных водах. Одним из примеров является орошение поля для гольфа сточными водами муниципальных очистных сооружений. Непрямое повторное использование включает смешивание очищенных сточных вод с другим водоемом перед повторным использованием. Фактически, любое сообщество, которое использует поверхностную воду ниже по течению от сливной трубы очистного сооружения другого сообщества, косвенно повторно использует сточные воды.Косвенное повторное использование также достигается путем сброса очищенных сточных вод в подземный водоносный горизонт и последующего забора воды для использования. Сброс в водоносный горизонт (называемый искусственным пополнением) осуществляется либо путем глубокого нагнетания, либо поверхностного распространения.

Требования к качеству и обработке для утилизированных сточные воды становятся все более жесткими, так как шансы на прямой контакт с человеком и прием пищи возрастают. Загрязнения, которые должны быть удалены, зависят от предполагаемого использования воды. Например, удаление фосфатов или нитратов не является необходимым, если предполагаемое использование — орошение ландшафта. Если предполагается прямое повторное использование в качестве источника питьевой воды, требуется третичная обработка с несколькими барьерами против загрязнений. Это может включать вторичную обработку с последующей фильтрацией гранулированных сред, ультрафиолетовым излучением , адсорбцией гранулированного активированного угля, обратным осмосом , десорбцией воздуха , озонированием и хлорированием.

Использование Системы рециркуляции серой воды в новых коммерческих зданиях предлагают метод экономии воды и уменьшения общего объема сточных вод. Эти системы фильтруют и хлорируют дренаж из ванн и раковин и повторно используют воду для непортативных целей (например, для смыва в туалетах и ​​писсуарах). Рециркулированная вода может быть маркирована синим красителем, чтобы гарантировать, что она не используется в питьевых целях.

 
 

Обработка И Удаление Осадка

Остаток, который накапливается на очистных сооружениях, называется илом (или биозолидом). Осадок сточных вод — это твердый, полутвердый или остаточный шлам материал, который образуется в качестве побочного продукта процессов очистки сточных вод. Этот остаток обычно классифицируется как первичный и вторичный ил. Первичный ил образуется в результате химического осаждения , седиментации и других первичных процессов, тогда как вторичный ил — это активированная биомасса отходов, образующаяся в результате биологической очистки. Некоторые очистные сооружения также получают сепарированные или септические твердые вещества из бытовых систем очистки сточных вод. Довольно часто илы объединяются для дальнейшей обработки и утилизации.

Обработка и утилизация осадка сточных вод являются основными факторами при проектировании и эксплуатации всех очистных сооружений. Двумя основными целями обработки осадка перед окончательной утилизацией являются уменьшение его объема и стабилизация органических материалов. Стабилизированный ил не имеет неприятного запаха и с ним можно обращаться, не причиняя неудобств или опасности для здоровья. Меньший объем осадка снижает затраты на перекачку и хранение.

 

Методы лечения

Обработка осадков сточных вод может включать комбинацию процессы сгущения , пищеварения и обезвоживания.

 

сгущение

Утолщение обычно является первым этапом обработки осадка, поскольку нецелесообразно обрабатывать тонкий осадок, суспензию твердых частиц, взвешенных в воде . Утолщение обычно выполняется в резервуаре, называемом гравитационным сгустителем. Загуститель может уменьшить общий объем осадка до менее чем половины первоначального объема. Альтернатива для гравитационного сгущенияфлотация растворенного воздуха. В этом методе пузырьки воздуха переносят твердые частицы на поверхность, где образуется слой сгущенного ила.

 

пищеварение

Переваривание ила представляет собой биологический процесс, при котором органические твердые вещества разлагаются на стабильные вещества. Пищеварение уменьшает общую массу твердых веществ, уничтожает патогенные микроорганизмы и облегчает обезвоживание или сушку осадка. Перевариваемый ил не является безопасным, имеет вид и характеристики богатой почвенной смеси .

Большинство крупных очистных сооружений используют двухступенчатую систему пищеварения, в которой органика метаболизируется бактериями анаэробно (при отсутствии кислорода). На первой стадии шлам, сгущенный до содержания сухих твердых веществ (DS) около 5 процентов, нагревают и перемешивают в закрытом резервуаре в течение нескольких дней. Кислотообразующие бактерии гидролизуют большие молекулы, такие как белки и липиды, разбивая их на более мелкие водорастворимые молекулы, а затем сбраживают эти меньшие молекулы в различные жирные кислоты. Затем ил попадает во второй резервуар, где растворенные вещества превращаются другими бактериями в биогаз , смесь углекислого газа и метана., Метан является горючим и используется в качестве топлива для обогрева первого бака для сбраживания, а также для выработки электроэнергии для установки.

Анаэробное пищеварение очень чувствительно к температуре , кислотности и другим факторам. Требуется тщательный мониторинг и контроль. В некоторых случаях ил инокулируют дополнительными гидролитическими ферментами в начале первой стадии пищеварения, чтобы дополнить действие бактерий. Было обнаружено, что эта ферментативная обработка может уничтожить больше нежелательных патогенов в иле, а также может привести к образованию большего количества биогаза на второй стадии пищеварения.

Еще одним усовершенствованием традиционного двухэтапного процесса анаэробного пищеварения является термогидролизили разрушение больших молекул под действием тепла. Это делается на отдельном этапе перед пищеварением. В типичном случае процесс начинается с осадка, который был обезвожен до содержания DS около 15 процентов. Шлам смешивается с паром в пульпере, и эту горячую гомогенизированную смесь подают в реактор, где его поддерживают под давлением примерно при 165 ° С (примерно 330 ° F) в течение примерно 30 минут. В этот момент, когда гидролитические реакции завершены, часть пара отводится (для подачи в пульпуру), и шлам, все еще находящийся под некоторым давлением, внезапно выпускается в «испарительный резервуар», где вспенивающаяся жидкость падает давление разрывает клеточные стенки большей части твердого вещества. Гидролизованный ил охлаждают, слегка разбавляют водой и затем направляют непосредственно на вторую стадию анаэробного сбраживания.

Переваривание осадка также может происходить аэробно, то есть в присутствии кислорода. Шлам энергично аэрируется в открытом резервуаре в течение примерно 20 дней. В этом процессе газообразный метан не образуется. Хотя аэробные системы проще в эксплуатации, чем анаэробные системы, они обычно стоят дороже в эксплуатации из-за мощности, необходимой для аэрации. Аэробное пищеварение часто сочетается с небольшими расширенными системами аэрации или контактной стабилизации.

 

Аэробное и обычное анаэробное сбраживание превращают около половины твердых частиц органического ила в жидкости и газы. Термический гидролиз с последующим анаэробным сбраживанием может преобразовать от 60 до 70 процентов твердого вещества в жидкости и газы. Мало того, что объем производимых твердых веществ меньше, чем при обычном сбраживании, но и большее производство биогаза может сделать некоторые очистные сооружения самодостаточными в энергии .

 
 

Обезвоживание

Переваренный осадок сточных вод обычно обезвоживается перед утилизацией. Обезвоженный осадок все еще содержит значительное количество воды — часто до 70 процентов — но даже при таком содержании влаги осадок больше не ведет себя как жидкость и может обрабатываться как твердый материал.Сушильные слои обеспечивают самый простой способ обезвоживания. Суспензия переваренного ила выкладывается на открытый слой песка и оставляется до сухого состояния. Сушка происходит путем сочетания испарения и гравитационного дренажа через песок. Трубопроводная сеть, построенная под песком, собирает воду , которая перекачивается обратно в головку установки. После примерно шести недель сушки осадок, как его называют, может иметь содержание твердых веществ около 40 процентов. Затем его можно снять с песка с помощью вил или фронтального погрузчика. Для уменьшения времени сушки в сырую или холодную погоду, стеклянный корпусможет быть построен над песчаными пластами. Поскольку для сушки грядок требуется много земли, этот метод обезвоживания обычно используется в сельских или пригородных городах, а не в густонаселенных городах.

Альтернативы слоям сушки осадка включают вакуумный фильтр с вращающимся барабаном, центрифугу и ленточный фильтр-пресс. Эти механические системы требуют меньше места, чем сушильные иловые слои, и они обеспечивают большую степень оперативного контроля. Однако им обычно должен предшествовать этап, называемый подготовкой осадка, в котором химические вещества добавляются к жидкому осадку для коагуляции твердых веществ и улучшения дренируемости.

 

выбытие

Конечным пунктом назначения обработанного осадка сточных вод обычно является земля. Обезвоженный осадок может быть похоронен под землей всанитарная свалка . Он также может распространяться на сельскохозяйственных землях, чтобы использовать его в качестве кондиционера почвы и удобрения . Поскольку шлам может содержать токсичные промышленные химикаты, он не распространяется на землю, где выращиваются сельскохозяйственные культуры для потребления человеком .

Если подходящее место для захоронения не доступно, как в городских районах, осадок может быть сгорел . Сжигание полностью испаряет влагу и превращает органические твердые вещества в инертную золу. Зола должна быть удалена, но уменьшенный объем делает утилизацию более экономичной. Контроль загрязнения воздуха является очень важным фактором при сжигании осадка сточных вод. Необходимо использовать соответствующие устройства для очистки воздуха, такие как скрубберы и фильтры.

Сброс ила в океане, который когда-то был экономичным методом утилизации для многих прибрежных сообществ , больше не считается жизнеспособным вариантом. В настоящее время это запрещено в Соединенных Штатах и ​​многих других прибрежных странах.

Джерри НатансонРедакторы Британской энциклопедии
 
Новые Технологии

Эксперты в секторе очистки сточных вод работают над внедрением устоявшихся технологий и улучшением экологических норм и правил для достижения целей в области качества воды и защиты здоровья людей. В то же время отрасль также переходит к подготовке к будущим вызовам, таким как изменение климата , изменение населения и устаревание инфраструктуры .

 

Улучшенные методы лечения

Многие старые очистные сооружения требуют модернизации из-за все более строгих стандартов качества воды, но это часто бывает трудно из-за ограниченного пространства для расширения. Чтобы улучшить эффективность лечения, не требуя увеличения площади, были разработаны новые методы лечения. Они включают процесс мембранного биореактора, балластный флок реактор и интегрированный процесс с активным илом с фиксированной пленкой (IFAS).

в В мембранном биореакторном процессе мембранные модули с микрофильтрацией из полых волокон погружаются в один резервуар, в котором могут происходить аэрация, вторичное осветление и фильтрация, что обеспечивает как вторичную, так и третичную обработку на небольшой площади.

В В реакторе с балластными хлопьями скорость осаждения взвешенных твердых частиц увеличивается с использованием песка и полимера, которые помогают коагулировать взвешенные твердые частицы и образовывать большие массы, называемые хлопьями. Песок отделяется от шлама в гидроциклоне, относительно простом устройстве, в которое вода вводится в верхней части цилиндра по касательной, так что тяжелые материалы, такие как песок, «вращаются» центробежной силой в направлении наружной стены. Песок самотеком накапливается на дне гидроциклона и возвращается обратно в реактор.

Биологические аэрированные фильтры используют бассейн с погруженной средой, который служит одновременно контактной поверхностью для биологической очистки и фильтром для отделения твердых частиц от сточных вод. Для облегчения процесса применяется аэрозоль с мелкими пузырьками , а для очистки носителя используется обычная обратная промывка. Площадь земельного участка, необходимого для биологического аэрированного фильтра, составляет всего около 15 процентов площади, необходимой для обычной системы с активным илом.

автоматизация

Усовершенствованные процессы очистки сточных вод включают биологическую очистку, чувствительную к параметрам обработки и окружающей среде . Для обеспечения стабильной и надежной работы физических, химических и биологических процессов очистные сооружения нередко нуждаются в применении сложных технологий, включающих сложные контрольно-измерительные приборы и системы управления процессом. Использование онлайн- аналитических инструментов, программируемых логических контроллеров (PLC), систем диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), интерфейса человек-машина (HMI) и различного программного обеспечения для управления процессами позволяет автоматизировать и компьютеризировать процессы обработки с возможностью удаленного управления. , Такие нововведения значительно улучшить работу системы, тем самым сводя к минимуму потребности в надзоре.

 

Экологические соображения

Природные методы лечения, энергосбережение и сокращение выбросов углекислого газа являются одними из ключевых факторов для сообществ, сталкивающихся с проблемами энергетики и электричества. Экологические технологии и использование возобновляемых источников энергии , в том числе солнечной и ветровой энергии , для очистки сточных вод развиваются и помогут минимизировать воздействие человеческой деятельности на окружающую среду. Экологические и экономичные системы очистки и удаления природных сточных вод уже приобрели значение во многих местах, особенно в небольших населенных пунктах. К ним относятся водно-болотные угодья, лагуны, стабилизационные пруды, почвенные фильтры, капельное орошение, подземные водыперезарядка и другие подобные системы. Простота, экономичность, эффективность и надежность этих систем обеспечили потенциальное применение таких экологически чистых технологий.

С учетом того, что сточные воды богаты питательными веществами и другими химическими веществами, очистные сооружения получили признание в качестве объектов по восстановлению ресурсов, преодолев свою прежнюю репутацию простых предприятий по снижению загрязнения . Новые технологии и подходы продолжают повышать эффективность, с которой энергия, питательные вещества и другие химические вещества извлекаются из очистных сооружений, помогая создать устойчивый рынок и стать источником дохода для предприятий по переработке сточных вод.

Такие понятия, как торговля питательными веществами, также появились. Целью таких инициатив является контроль и достижение общих целевых показателей нагрузки загрязнения для данного водораздела путем обмена кредитами на снижение содержания питательных веществ между точечными и неточечными источниками выбросов. Такие программы могут помочь минимизировать воздействие загрязнения питательными веществами, а также снизить финансовую нагрузку на общество для дорогостоящей модернизации очистных сооружений.

  •  

Биоинженерия , применение инженерных знаний в областяхмедицина ибиологии . Биоинженер должен хорошо разбираться в биологии и иметь широкие инженерные знания, опираясь на электрические, химические, механические и другие инженерные дисциплины . Биоинженер может работать в любой области. Одним из них является предоставление искусственных средств для поддержки дефектных функций организма, таких как слуховые аппараты, протезы и поддерживающие или замещающие органы. В другом направлении биоинженер может использовать инженерные методы для достижения биосинтеза продуктов животного или растительного происхождения, таких как процессы ферментации.

История

Перед Второй мировой войной область биоинженерии была по существу неизвестна, и между инженером и ученым в области жизни существовала небольшая связь или взаимодействие. Однако следует отметить несколько исключений. Сельскохозяйственный инженер и инженер-химик, участвующие в процессах ферментации, всегда были биоинженерами в самом широком смысле этого определения, поскольку они имеют дело с биологическими системами и работают с биологами. Инженер-строитель, специализирующийся в области санитарии, применил в своей работе биологические принципы. Инженеры-механики много лет работали с медицинской профессией в разработке протезов. Еще одна область машиностроениято, что относится к области биоинженерии, относится к области кондиционирования воздуха. В начале 1920-х годов Американское общество инженеров по отоплению и вентиляции наняло инженеров и физиологов для изучения воздействия температуры и влажности на людей и разработки критериев проектирования систем отопления и кондиционирования воздуха.

Сегодня существует множество примеров взаимодействия между биологией и техникой, особенно в области медицины и жизнеобеспечения. В дополнение к возросшему осознанию необходимости общения между инженером и сотрудником в области наук о жизни, растет понимание роли, которую инженер может играть в нескольких биологических областях, включая медицину, и, аналогично, осознание вклада биологической науки в решение инженерных проблем.

Большая часть увеличения биоинженерной деятельности может быть приписана инженерам-электрикам. В 1950-х годах на совещаниях по биоинженерии преобладали сессии, посвященные медицинской электронике . Медицинские приборы и медицинская электроника продолжают оставаться основными областями интереса, но теперь в конференцию включены биологическое моделирование, динамика кровотока , протезирование, биомеханика (динамика движения тела и прочность материалов), биологический теплообмен , биоматериалы и другие области. программы.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской.Подпишитесь сегодня

Биоинженерия развивалась исходя из конкретных желаний или потребностей: желание хирургов обходить сердце, потребность в замене органов, потребность в жизнеобеспечении в космосе и многое другое. В большинстве случаев раннее взаимодействие и образование были результатом личных контактов между врачом или физиологом и инженером. Связь между инженером и ученым была сразу признана проблемой. Большинство инженеров, которые в первые годы работали в этой области, вероятно, изучали биологию в старших классах и не работали. Чтобы преодолеть эту проблему, инженеры начали изучать не только предмет, но и методы и приемы своих коллег в медицине, физиологии., психология и биология. Большая часть информации была самоучкой или получена путем личного общения и обсуждений. Наконец, признавая необходимость оказания помощи в преодолении коммуникационного барьера, а также в подготовке инженеров для будущего, инженерные школы разработали курсы и учебные программы по биоинженерии.

Отрасли Биоинженерии

  • Медицинская инженерия . Медицинская инженерия касается применения инженерных принципов к медицинским проблемам, включая замену поврежденных органов, приборов и систем здравоохранения, включая диагностические приложения компьютеров.
  • Сельскохозяйственное машиностроение . Это включает в себя применение инженерных принципов к проблемам биологического производства и к внешним операциям и окружающей среде, которые влияют на это производство.
  • Bionics . Бионика — это изучение живых систем, чтобы полученные знания могли быть применены к проектированию физических систем.
  • Биохимическая инженерия. Биохимическая инженерия включает ферментационную инженерию, применение инженерных принципов к микроскопическим биологическим системам, которые используются для создания новых продуктов путем синтеза, в том числе для производства белка из подходящего сырья.
  • Инженерия человеческого фактора . Это касается применения техники, физиологии и психологии для оптимизации отношений человек-машина.
  • Техника гигиены окружающей среды . Эта область, также называемая биоэкологическим инжинирингом, касается применения инженерных принципов для контроля окружающей среды для здоровья, комфорта и безопасности людей. Он включает в себя области систем жизнеобеспечения для исследования космического пространства и океана.
  • Генная инженерия . Генная инженерия занимается искусственными манипуляциями, модификациями и рекомбинацией дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) или другихмолекул нуклеиновых кислот для модификации организма. Методы, применяемые в этой области, привели к производству важных с медицинской точки зрения продуктов, включая человеческий инсулин, человеческий гормон роста ивакцину против гепатита В.

DELFIN PRO — Монтаж