Анализ после биологической очистки сточных вод

Деятельность человека, как и любого другого живого существа, всенепременно сопровождается выделением немалого количества отходов жизнедеятельности. В современных условиях практически все из них уносятся вдаль водами канализационных рек. Наконец, нашу цивилизацию практически невозможно себе представить без огромного количества заводов и прочих предприятий, которые также во множестве продуцируют сточные воды.

Очистка сточных вод является процессом, после прохождения которого стоки пригодны для использования в технических целях или же возврата в окружающую среду без ущерба для последней. Словом, способ зависит от дальнейшего использования жидкости. К примеру, сточные воды от раковин – не то же самое, что содержимое сливных ям, куда спускается содержимое унитаза.

В апреле 1993 года более 400 тысяч человек в Милуоки оказались на больничной койке в результате попадания в питьевую воду криптоспоридии. После этого случая, который получил мощный резонанс в ВОЗ, мировая общественность стала намного осторожнее относиться к той жидкости, которая течет из-под кранов под видом «питьевой воды». Это мнение только окрепло после обнародования некоторых случаев эпидемий в Индии, в результате которых сотни человек умерли. А ведь дело было в обычной кишечной палочке, попавшей в водопровод из плохо очищенных стоков! Так что очистка сточных вод – чрезвычайно важный процесс, который сохраняет жизнь и здоровье людей.

Любые загрязнители коренным образом меняют вкус, цвет и запах жидкости, не говоря уже о ее пригодности для использования в пищевых или технических целях. Наиболее опасными являются промышленные стоки, так как в них нередко содержатся такие концентрации тяжелых металлов и иных веществ, которые в десятки и сотни раз превышают самые «оптимистичные» ПДК. Конечно, в этом случае все зависит от конкретного производства, которое сбрасывает сточные воды. Канализация среднестатистического города по сравнению с ними может показаться «родником», так как в ней, по крайней мере, не бывает радиоактивных изотопов или огромного количества тяжелых металлов.

Опасные загрязнения, которые делают воду непригодной для питья и использования в бытовых целях, можно квалифицировать как физические, химические, биологические факторы. Особняком стоит выброс радиоактивных изотопов. Соответственно, классификация загрязнений будет идентична причинам, которые их вызывают:

• Механические факторы. Характеризуются резким увеличением мельчайшей механической взвеси в жидкости.
• Химические. В воде повышено содержание любых химических соединений. При этом не имеет значения, могут ли эти вещества оказывать негативное влияние на здоровье человеческого организма.
• Биологические и бактериологические (бытовые сточные воды). Очень опасный вид загрязнений, так как в этом случае в воде превышено содержание микроорганизмов. В самом начале статьи мы уже говорили, чем это чревато.
• Тепловые загрязнения. Так называется сброс в реки и другие водоемы воды из прудов-охладителей при ТЭЦ и АЭС. Не стоит относиться к этой разновидности легкомысленно, так как подобные явления приводят к массовой гибели эндемиков, приспособленных к низким температурам воды, которые характерны именно для нашей местности.
• Радиоактивные. В воде и донных осадках обнаруживаются радиоактивные изотопы. Такое бывает, когда неисправна система сточных вод на некоторых промышленных предприятиях или АЭС.

В наших условиях наиболее распространены стоки трех типов:

• Примеси неорганического происхождения, включая даже нетоксические соединения.
• Вещества органического происхождения.
• Смешанные стоки.

Очень опасны отходы металлургических производств, так как в них содержится огромное количество тяжелых металлов и прочих токсичных соединений. Они изменяют физические свойства воды. В тех водоемах, куда попадает эта отрава, погибает все живое, включая деревья и прочую растительность по берегам. Органику же сбрасывают нефтеперерабатывающие комплексы и подобные производства. В стоках есть не только сравнительно безопасная нефть, но и предельно ядовитые фенолы и подобные им вещества. Кроме того, не следует сбрасывать со счетов предприятия животноводческого типа.

Они выбрасывают гигантское количество органики. Последний вызывает резкое ухудшение органолептических свойств воды. В водоемах, куда попадают сточные воды предприятий, происходит резкое развитие микроскопических водорослей, цветение, в жидкости до минимума падает содержание кислорода. Рыбы и прочие гидробионты погибают. Производство электроники, в том числе травление печатных плат и выпуск радиотехнической продукции различных типов, дает стоки смешанного типа. В их составе имеются красители, тяжелые металлы, ацетон, фенолы и прочие соединения.

В настоящее время ученые всего мира бьют тревогу, так как в Мировой океан попадает гигантское количество нефти. Она образует на поверхности воды тончайшую пленку, которую порой можно заметить только по радужным разводам. Это не только приводит к значительному ухудшению органолептических свойств жидкости, но и к резкому снижению поступления кислорода, который попадает в океан путем диффузии. Опять-таки страдают гидробионты, причем особенно бьет нехватка этого вещества по кораллам, численность которых в морях и океанах катастрофически падает с каждым годом. Всего лишь 10 мг нефти и нефтепродуктов делают воду абсолютно непригодной для питья и жизни живых существ.

Чрезвычайно опасны фенолы, о которых мы неоднократно упоминали выше. Они присутствуют в стоках практически всех промышленных предприятий. Особенно это относится к тем из них, которые занимаются производством кокса. В присутствии этих веществ происходит массовая гибель обитателей прудов, рек, морей и океанов, а сама вода приобретает крайне неприятный, гнилостный запах.

На очистные сооружения сточных вод попадают стоки следующего состава:

• Белки – 28%.
• Углеводы – 17,5%.
• Жирные кислоты – 10%.
• Масла, жиры – 27%.
• Детергенты – 7%.

Как можно заметить, основная доля загрязняющих веществ – органика. В промышленных условиях обсуждать какой-то состав сточных вод бессмысленно, так как в каждом случае он свой. В частности в некоторых случаях прямо в реку (!) сбрасывается якобы очищенная «вода», которая по внешнему виду и составу напоминает использованное моторное масло.

Как правило, в загрязнении среды виноваты промышленные и социальные объекты, а также животноводческие и птицеводческие фермы. Очень опасны твердые отходы, которые образуются при открытой разработке месторождений полезных ископаемых, а также стоки, образующиеся в процессе деревопереработки. Водный и железнодорожный транспорт дают немало отходов биологического происхождения. При попадании в водные источники они вызывают их обсеменение кишечной палочкой или яйцами глистов. Особенно опасно, когда выше по течению реки стоит какое-то медицинское учреждение.

Обработка включает в себя следующие способы:

• Механические. Сюда относится фильтрация, которую используют все очистные сооружения сточных вод, а также отстаивание.
• Физические. Это электролиз, аэрация, обработка стоков ультрафиолетовым излучением.
• Химические методы. Применяются специальные составы для осаждения и обеззараживания веществ, которые могут содержаться в стоках.
• Биологическая очистка сточных вод. В этом случае используются растения, усваивающие органику, а также некоторые виды простейших, улиток и рыб.

Перед началом обработки проводится подготовительная работа. Точнее, анализ сточных вод. Специалисты химических лабораторий определяют, какие именно загрязнители в них содержатся. Это помогает выбрать лучшую стратегию по их нейтрализации. Общая процедура очистки сточных вод включает отсеивание: твердых частиц, бактерий, морских водорослей, растений, неорганических примесей и органических веществ. Удаление твердых частиц – самый простой этап. Он включает в себя фильтрацию и осаждение путем отстаивания. Куда сложнее очистить сточные воды от тонких взвесей, которые обычными фильтрующими материалами не задерживаются.

Одним из наиболее простых и дешевых методов, который, тем не менее, обеспечивает высокую степень очистки, является использование активированного угля. Фильтры с этим материалом используются практически на всех предприятиях, руководство которых серьезно относится к защите окружающей среды.

Главным преимуществом угля является его высокая способность к абсорбции. Проще говоря, на поверхности частичек этого вещества имеется такое количество пор, что они могут задержать такое количество загрязняющих воду соединений, которое в несколько раз превышает объем самого угля. Именно процесс улавливания, связывания загрязняющих реагентов и называется абсорбцией. Следует отметить, что с целью очистки питьевой воды уголь использовался еще до нашей эры. Активное исследование и производство этого материала началось во время двух мировых войн. Факторами, влияющими на поглощение, являются размер частицы, площадь поверхности, структура связываемого вещества, кислотность среды (pH-фактор), температура, которую имеют сточные воды.

Древесный уголь поглощает много веществ, начиная от цветных металлов и заканчивая сложными органическими соединениями (к примеру, фенолами). Конечно, от радиоактивных соединений он не защитит, но основные виды неорганических и органических примесей с его помощью удалить можно.

В некоторых случаях для очистки могут быть использованы специальные жидкости, в состав которых входят частицы коллоидных веществ. Для чего они нужны? Все просто – микроскопические частицы, объединяясь с молекулами загрязняющих веществ, заставляют их выпадать в осадок. Явление известно как коагуляция. В некоторых очистных сооружениях используется также метод электролиза. Метод схож с предыдущим, так как ионы, образующиеся при этом процессе, также способствуют осаждению загрязняющих примесей.

Напротив, современные исследователи все чаще предлагают методы, при которых используются массивные молекулы, которые с большей эффективностью могут связывать и осаждать загрязнители. Такой процесс называют флокуляцией.

Как мы уже и говорили, очистка сточных вод может предусматривать использование отрицательно заряженных ионов. Исторически для этих целей используется сульфат алюминия, а также известь. Эти соединения вызывают резкое изменение рН воды, что приводит к гибели патогенных микроорганизмов, которые во множестве содержатся в стоках. В некоторых случаях могут использоваться вещества на основе трехвалентного железа. Некоторые химики считают, что подобные методы могли использовать еще египтяне за две тысячи лет до нашей эры. Отлично осаждает органику также перманганат калия.

Как бы там ни было, но связанная органика выпадает в виде хлопьев или геля. Эти осадки сточных вод могут быть с легкостью отловлены при помощи простейшего механического фильтра. Данный метод работает лучше всего с относительно плотными частицами (например, илом и прочими тяжелыми органическими примесями), в то же время более легкие частицы (например, микроскопические морские водоросли) лучше удаляются при помощи отстаивания. Осадительный чан должен быть достаточно большим, дабы заполнение его шло как можно медленнее. Связано это с тем, что для нормального протекания процесса требуется не менее четырех часов. После того как органические и неорганические примеси осядут на дно, воду можно считать условно очищенной, годной для использования в технических целях. Этот метод чаще используется при предварительной обработке стоков.

Затем приходит черед аэрации. Вода поступает в гигантские чаны, куда попадает сжатый воздух под большим давлением, выводимый в жидкость посредством распылителей. Вы когда-нибудь видели, как работает компрессор в обычном аквариуме? В этом случае происходит практически то же самое. Аэрация позволяет насытить воду кислородом и вывести в осадок оставшиеся органические примеси. После такой обработки жидкость чаще всего подается в специальные пруды, засаженные высшей водной растительностью (биологическая очистка сточных вод). И только потом вода считается пригодной для использования в технических целях. Ею можно поливать посадки овощей и фруктов, а также сбрасывать в природные водоемы.

источник

Вода – это самое необходимое, что нужно человеку, да и не только ему, для жизни. А чистая вода – это, в первую очередь, наше здоровье. Развитие цивилизации привело к тому, что чистая вода становится дефицитом.

Устраивая загородный дом наподобие городской квартиры, с водопроводом и канализацией, мало кто задумывается об очистке канализационных стоков, и зря.

Ведь сточные воды, попадая в землю, поступают в водоносные слои, откуда мы берем питьевую воду. И кто знает, что находится в такой воде? Если домовладелец заботится о своем здоровье и здоровье близких людей, он должен периодически делать анализ сточных вод.

Сточные воды частного дома по общему определению – это воды, загрязненные в процессе деятельности человека, а также воды, проникающие в грунт, в результате выпадения атмосферных осадков.

Попадая в землю, сточные воды способны изменить состав подземных вод, которые мы употребляем в качестве питьевой воды. Вода может приобрести неприятный запах, изменяется чистота воды, т.е. в ней могут появиться различные примеси и осадок. Кроме этого изменяется и химический состав воды.

Характер загрязнения грунтовых вод можно разделить на такие виды:

Механическое – когда в сточных водах высокое содержание нерастворимых частиц;

Загрязненные сточные воды представляют опасность для здоровья не только владельца участка, но и для соседних участков.

Проведение химического анализа полного типа является первоочередной задачей каждого владельца местной канализационной системы.

В настоящее время существует возможность как провести любой анализ, так и принять все меры к очистке сточных вод, сохраняя при этом не только свое здоровье, но и окружающую природу.

Чтобы с полной уверенностью в безопасности сточных вод пользоваться своей автонономной канализационной системой в загородном доме, необходимо знать состав этих вод.

Определяется это путем проведения многочисленных анализов:

Полный химический анализ сточных вод необходим для выбора оптимальной системы водоочистки. Но иногда возможен и анализ сокращенного типа. Вообще, анализы, даже проводимые несколько десятков раз, не могут представить полной и точной картины сточных вод. Все выводы, в принципе, условны.

При проведении полного химического анализа сточных вод определяют:

• Окраску сточных вод, Обычно бытовые сточные воды имеют слабую окраску. Если она изменяется на сильно выраженную, значит, сточные воды нуждаются в сильной очистке;
• Запах сточных бытовых вод своеобразен. Получается от распада органических соединений и фекалий;
• Температуру. Это показатель говорит о том, насколько быстро происходит биологическая очистка стоков;
• Прозрачность, которая служит показателем степени загрязнения стоков;
• Уровень pH в сточных водах, отвечающих нормам, должен быть нейтральным;
• Плотный осадок, который не должен превышать 10г/л;
• Значения ХБК и БПК (химическая потребность в кислороде и биологическая потребность в кислороде);
• Токсичность сточных вод, что является отрицательным показателем, так как при превышении нормы бактерии плохо справляются с очисткой стоков. К токсичным веществам, относятся многие моющие вещества, красители, медь, ртуть, кадмий, сульфиды, цианиды и другие вещества;
• Взвешенные вещества, которые в норме должны составлять 100-500мг/л;
• Формы азота, фосфор;
• Хлориды, сульфаты;
• Растворенный кислород, который необходим для жизнедеятельности бактерий;
• Биологические загрязнения.

При проведении анализов на сточные воды ГОСТ полученные результаты разделяет на два вида: предельно допустимые концентрации и недопустимые, т. е. именно то, чего не должно быть, и что является поводом для немедленного принятия соответствующих мер.

К недопустимым концентрациям загрязнения сточных вод относятся цианиды, некоторые щелочи и соли, соляная и серная кислоты.

Естественно, что такие анализы могут сделать только специализированные лаборатории, которые имею лицензию на проведение таких анализов для населения.

Многие владельцы загородных домов не задумываются о последствиях своей экономии, когда решают сделать вместо септика простую выгребную яму. Им стоит сделать анализ своей питьевой воды, если она поступает из скважины или колодца, расположенных в непосредственной близости от выгребной ямы. В этом случае можно с уверенностью сказать, что анализ питьевой воды будет далек от нормативных показателей. Есть риск заражения глистными инвазиями и другими инфекционными болезнями.

Кроме этого, водоносный слой, который подвергся заражению сточными водами, потребует десятилетних усилий по его очистке

И напротив, тем, у кого на участке оборудован по всем правилам канализационный септик, не стоит опасаться отрицательного анализа сточных вод, поскольку продуманная система устройства септика, в комплексе с применением биологической очистки сточных вод, даст положительные результаты в анализах питьевой воды.

Это объясняется тем, что сточные воды, находясь длительное время в первой камере септика, освобождаются от взвешенных частиц, которые выпадают в осадок.

Во второй камере происходит дальнейшая очистка и фильтрация стоков. И сбрасываемые воды в дренажный колодец или в грунт, уже, практически, безопасны для окружающей природы. По статистике проведенных анализов, лучшие показатели у владельцев септиков, нежели у владельцев выгребных ям.

В настоящее время существует достаточно много способов биологической очистки сточных вод. Это и препараты, которые непосредственно выливаются в септики и станции биологической очистки, средства, где микробы выпускаются в септик по достижениию определенного уровня сточных вод в септике.

Но чтобы все эти способы работали безотказно, нужно знать, что в септике должен быть нормальный уровень кислорода для нормальной жизнедеятельности анаэробных бактерий.

В септике должен быть постоянно органический субстрат для микробов. При длительном отсутствии владельцев, микробы, не получая свежей порции органики, могут просто погибнуть.

Вывод напрашивается такой – сделать современный септик дело конечно сложное, но наше здоровье важнее, чем вложенные средства и физические усилия.

источник

В связи с широким потреблением водных ресурсов человечеством и невозможностью самостоятельного и быстрого очищения стоков в природных условиях возникла необходимость в искусственном очищении. И если избавиться от неорганических компонентов стоков можно с помощью гравитации, то для удаления органических примесей потребуется биологическая очистка сточных вод. О том, что это такое, и какие виды биологической очистки бывают, сегодня и пойдет речь.

Биологическая очистка стоков представляет собой очищение сточных масс за счет расщепления органических соединений колониями определенных микроорганизмов.

Все дело в том, что органические примеси, находящиеся в сточных водах, являются питательной средой для большого количества микроорганизмов, в процессе жизнедеятельности которых разрушаются сложные органические соединения до аминокислот, элементарных белков и обрывков цепочек ДНК. В итоге образовавшийся материал стимулирует усиленное размножение микроорганизмов, вызывая, таким образом, взрывообразное увеличение численности колонии.

Отмершие части колоний микроорганизмов вместе с непереработанной органикой выпадают на дно водоема или резервуара безвредным илом. Одновременно с этим происходит очистка стоков от ядовитых и сложных органических соединений.

Для реализации метода аэробной биологической очистки используются колонии микроорганизмов, которым для поддержания жизнедеятельности необходим доступ к кислороду.

Аэробный реактор (аэратотенк) представляет собой бетонную или металлическую емкость большого объема, на небольшом расстоянии от дна которого располагаются загрузки (в виде сита или «елочек») из полимерных материалов.

Внимание: Загрузки являются основой для аэробных микроорганизмов.

На дне аэробного реактора располагаются аэраторы — трубы, снабженные небольшими отверстиями. Проходящий по ним воздух насыщает канализационные стоки кислородом, создавая оптимальные условия для жизнедеятельности и увеличения колонии микроорганизмов.

Миниатюрные образцы аэротенков получили широкое распространение при создании септиков для загородных домов и дачных участков.

Биореакторы анаэробного типа (метатенки) представляют собой герметичные металлические или бетонные конструкции, в которых обитают колонии микроорганизмов, не нуждающиеся в кислороде.

Однако жизнедеятельность анаэробных бактерий сопровождается выбросом большого количества метана. В связи с этим метатенки можно устанавливать только на ровной, хорошо продуваемой площади, по периметру которой должны быть установлены газоанализаторы, подключенные к системе пожарной сигнализации.

Как и аэротенки, метатенки широко используются при создании локальных очистных сооружений для частного использования.

В подавляющем большинстве случаев станция биологической очистки стоков представляет собой четырехкамерную конструкцию, ориентированную по поэтапное очищение канализационных вод с помощью активного ила и кислорода. При прохождении всех секций стоки очищаются на 98 процентов, вследствие чего полученная жидкость может быть повторно использована для полива или иных технических нужд.

Несмотря на внушительное количество отсеков, станция отличается компактными размерами и простотой установки. Несмотря на то, что устройство не нуждается в дальнейшей откачке стоков, регулярное техническое обслуживание все же необходимо. Иными словами, необходимо систематически промывать секции при помощи мойки высокого давления и перезапускать агрегат.

На данный момент существует множество компаний, предлагающих приобрести станции биологической очистки стоков. Важно понимать, что подбирать модель необходимо в соответствии с производственной мощностью, предполагаемыми условиями работы и собственными финансовыми возможностями.

Технология работы мембранного биореактора заключается в комбинировании различных мембранных и биохимических процессов.

Иными словами, мембранный биореактор сочетает в себе процессы микро- и ультрафильтрации и процесс аэробного биологического очищения сточных вод.

Мембраны выполняют роль своеобразного барьера для загрязнений с высокой селективностью, вследствие этого могут быть:

• трубчатыми;
• половолоконными;
• плоскорамными.

В зависимости от поставленных технологических задач мембранный реактор может быть использован как на этапе завершающего очищения (до стадии обеззараживания), так и для предварительного очищения перед процессом нанофильтрации и обратным осмосом при необходимости обессоливания воды.

Наиболее часто биофильтры используются для обслуживания автономных канализаций дачи или частного дома.

Биофильтр представляет собой компактную емкость с загрузочным материалом внутри. При этом аэробные микроорганизмы находятся в форме активной пленки и выполняют функцию биологической очистки стоков.

Биофильтры делятся на два типа:

• изделия с капельной фильтрацией;
• устройства с двухэтапной фильтрацией.

В первом случае устройства отличаются высоким качеством очистки, однако производительность остается невысокой. В то же время для изделий с двухступенчатой фильтрацией характерно как высокое качество очистки, так и высокая производительность.

Как правило, биофильтры состоят из:

• корпуса фильтрующего устройства;
• изделия для распределения стоков по поверхности фильтра;
• дренажной системы для отвода воды;
• воздухораспределительной системы для обеспечения подачи кислорода.

Устройства с фильтром капельного типа отличаются лишь порционным поступлением стоков. При этом вентиляция и подача кислорода обеспечиваются естественным путем за счет имеющихся в конструкции открытых пространств.

В случае с биологическими прудами процессы самоочищения сточных вод осуществляются в открытых искусственных водоемах. Такой способ намного выгоднее других методов очистки. Для обеспечения поступления достаточного количества кислорода глубина искусственного водоема не должна превышать один метр.

Из-за большой площади водоема вода хорошо прогревается, что благоприятно сказывается на жизнедеятельности обитающих там микроорганизмов. Наиболее эффективно процессы очищения протекают в теплое время года, а при снижении температуры до шести градусов тепла окислительные процессы замедляются.

Важно: При минусовых температурах бактерии впадают в спячку, поэтому в холодное время года биологические пруды не используются.

Условно биологические пруды можно разделить на три категории:

• водоемы с разбавлением (сточные воды перемешиваются с речной водой);
• многоступенчатые водоемы без разбавления (стоки попадают в пруд только после предварительного отстаивания, нередко используется каскадный метод расположения водоемов);
• водоемы для доочистки стоков.

В то время как в первом случае процесс очищения занимает около 14 дней, на очистку стоков в многоступенчатых водоемах уйдет почти месяц.

Так как биологический реактор является лишь одной из ступеней в сложной системе очищения стоков, схема биологической очистки выглядит следующим образом:

• канализационные воды поступают в первичную камеру (отстойник), где наиболее крупные включения выпадают в осадок;
• затем частично осветленные стоки переливаются во вторую камеру, где насыщаются кислородом и подвергаются расщеплению крупных органических включений колониями микроорганизмов;
• насыщенные кислородом сточные воды попадают в камеру биореактора, где происходит процесс разложения органической составляющей; последняя камеры служит для завершающей гравитационной очистки.

Внимание: Как правило, на дне имеется известковая засыпка, эффективно соединяющая химически активные элементы. При этом на выходе из сооружения может располагаться дополнительный биологический фильтра, увеличивающий степень очищения до 99 процентов.

Как показывает практика, основными преимуществами биологической очистки стоков являются:

• невысокая стоимость (стоимость очистки одной единицы стоков существенно ниже очищения стоков механическим или химическим методом);
• надежность;
• отсутствие необходимости в регулярном закупе расходных материалов (теоретически микроорганизмы не нуждаются в замене, так как являются самовоспроизводимыми живыми существами, но на практике заменять колонии надо, но не чаще одного раза в пять-шесть лет);
• экологичность;
• высокая степень очищения сточных вод (до 99 процентов).

После биологического очищения сточные воды могут быть направлены сразу в грунт или повторно использованы для полива растений. В некоторых случаях допускается выпуск очищенных стоков в водоемы, однако в большинстве случаев содержащиеся в сточных водах, очищенных биологическим методом, остаточные органические соединения, биогенные элементы, ПАВ и бактериальные загрязнения оказывают негативное влияние на водоемы. В связи с этим производственным сточным водам требуется доочистка, предусматривающая:

• уменьшение объема взвешенных веществ;
• снижения величин ХПК, БПК и содержания ПАВ, азота и фосфора;
• обеззараживание;
• насыщение стоков кислородом при их спуске в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Выбор устройства доочистки зависит как от местных условий, так и от требований качества очищенных стоков. В каждой конкретной ситуации потребуется частичная реконструкция сооружения глубокой очистки.

Таким образом, использование метода биологического очищения сточных вод не только выгодно, но и наиболее эффективно по сравнению с рядом других способов очистки.

источник

Статья опубликована в рамках:

Выходные данные сборника:

ОБЗОР МЕТОДОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

магистрант, канд. техн. наук, доцент Южно-Уральский государственный университет, РФ, г. Челябинск

студент, филиал Южно-уральского государственного университета в г. Златоусте, РФ, г. Златоуст

OVERVIEW OF BIOLOGICAL METHODS OF SEWAGE REFINING

postgraduate, PhD in Technical Sciences, associate Professor

South Ural State University, Russia, Chelyabinsk

Обоснована актуальность метода биологической очистки сточных бытовых вод. Приведена классификация способов и раскрыт механизм эффективной очистки за счет поддержания оптимального размера бактериальных флоккул.

The relevance of issue of sewage refining was justified. The classification of methods biological refining was provided. The mechanism of effective sewage refining for maintenance optimal size of bacterial floccules was discovered.

Ключевые слова: бытовые стоки; биологическая очистка; классификация; схема; флоккула; активный ил.

Keywords: sewage; sewage refining; classification; diagram; floccules; active sludge.

Одной из острейших экологических проблем человечества является очистка сточных вод. Сточные воды классифицируют на следующие группы. Производственные стоки — воды, которые используют в технологических процессах при работе технологических машин и агрегатов, изготовления узлов и деталей машин, получении материалов и т. п. [5]. Бытовые воды — стоки от санитарных узлов производственных и жилых помещений. Третью группу составляют атмосферные стоки, которые содержат дождевые воды и талый снег. Наибольшие проблемы составляют бытовые и производственные стоки. В последние годы предприятия активно переходят на использование воды по закрытой технологии, которая обеспечивает ее рециркуляцию и минимизирует утечку и забор недостающей из окружающей среды. Подобную технологию для бытовых вод не используют, поскольку степень очистки не соответствует нормам качества подачи воды для бытовых помещений. В связи с этим бытовые стоки после некоторой очистки сбрасывают в водный бассейн, находящийся ниже по уровню от водозаборного.

По статистическим данным ежедневно в РФ сбрасывается порядка 1,5 млн. м 3 жидких бытовых сточных вод [5]. Анализ состава сточных вод показывает, что 85 % его состава содержит органические отходы человеческой деятельности. Очистку сточных бытовых отходов осуществляют последовательно (рисунок 1) по следующей распространенной цепочке.

Для более качественной очистки на последних стадиях иногда вводят водохранилища, вода в которых фильтруется твердыми (медленными) фильтрами. Однако процесс фильтрации занимает значительный временной промежуток, фильтры имеют незначительный ресурс и требуют периодической, высокозатратной очистки или замены [3]. Качество воды в таких сооружениях, хоть и находится на достаточном уровне, но сам процесс фильтрации не получил широкого распространения при больших объемах очистки. Подобно приведенной технологии не нашли широкого применения и фильтры тонкой очистки. Незначительный срок их эксплуатации, и как следствие высокие капитальные и эксплуатационные затраты, свели на нет использование последних на очистных сооружениях городских сточных вод.

Для уменьшения энергозатрат и повышения эффективности очистки бытовых стоков используют методы биологической очистки [1]. Эти методы основаны на использовании бактерий, которые в своей жизнедеятельности поедают мельчайшие остатки взвешенных и растворенных в воде органических соединений [1].

Рисунок 1. Схема очистки сточных бытовых вод

Биологическая очистка перед другими методами имеет ряд значительных преимуществ. Микроорганизмы осуществляют полное разложение бытовых стоков до нейтральных продуктов (газ и вода), обеспечивая при этом круговорот веществ в природе. Таким образом, биологическая очистка в отличие от других способов не извлекает и не переводит загрязнения в другие формы, что обеспечивает практически безотходность производства. В то же время биологические методы менее затратные, так как за исключением капитальных вложений почти не требуют эксплуатационных расходов. При этом основной рабочий компонент, активный ил, при благоприятных условиях самовоспроизводится.

Процесс биологической очистки, как уже было показано выше, основан на способности микроорганизмов, использовать для своего питания, находящиеся в сточных водах, органические вещества (спирты, кислоты, углеводы, белки, жиры и др. вещества) [6]. Азот, который необходим бактериям для жизнедеятельности, они извлекают из аммиака, нитратов, аминокислот, фосфор и калий – из минеральных солей, содержащихся в сточных водах. Активный ил, в процессе жизнедеятельности, получает материал для формирования и роста бактерий, скорость которого напрямую зависит от состава сточных вод. На интенсивность и эффективность биологической очистки значительное влияние оказывает скорость размножения бактерий [2].

Все методы биологической очистки в основном подразделяются на аэробные и анаэробные. При аэробных методах микроорганизмы используют растворенный в сточных водах кислород, а при анаэробных доступа к кислороду микроорганизмы не имеют.

Основными представителями аэробных методов являются аэротенки и биофильтры. В аэротенках процесс очистки осуществляется микроорганизмами. В процессе взаимодействия микроорганизмов друг с другом образуется активный ил, размер хлопьев, которых составляет в пределах от 1 до 4 мм. Биологическая очистка при этом осуществляется в ходе продвижения активного ила и сточной жидкости по коридору аэротенка. В ходе этого движения различают следующие процессы — деструкцию и трансформацию органического загрязнения микроорганизмами и биосорбцию загрязнения с образованием активного ила. Сорбируются как органические загрязнения, так и минеральные.

Биофильтр представляет собой герметичный объект, размещаемый на ровной площадке. При этом возможен быстрый его монтаж на площадях очистных сооружений из готовых заводских деталей. Механизм изъятия органических загрязнений из сточных вод осуществляется при контакте очищаемой сточной жидкости с активной биомассой. При этом активная биомасса биофильтра представляет собой структуру в виде биологическую пленку. Нужно иметь ввиду, что видовой состав, из которого состоит биопленка гораздо разнообразнее. Эта специфика, однозначно, повышает эффективность и стабильность очистки сточных вод. Кроме того, количество активной биопленки, на единицу объема биофильтра, в 25…50 раз больше для биофильтров с объемной загрузкой. При эксплуатации биофильтров с плоскостной загрузкой рабочей биомассы — в сотни раз больше, чем в аэротенках.

Основным преимуществом биофильтров по сравнению с аэротенками является естественное соответствие качества питательных веществ качеству потребителей. Качество субстрата обусловливает формирование биоценоза по ходу потока и создание оптимальных условий для очистки сточных вод. При эксплуатации не наблюдается вспухание активного ила, пенообразование, вынос активного ила из сооружения.

Анаэробные способы очистки сточных вод представлены различными септиктенками, сбраживателями и биофильтрами с обратной фильтрацией. Все представители данной группы не получили широкого применения очистки сточных бытовых вод из-за высокой стоимости высокопористых насадок, ограничений по взвесям в стоках и необходимости периодической трудоемкой промывки биофильтров.

Способы биологической очистки, как видно, обладают рядом преимуществ: низкое энергопотребление; возможность автономной работы и использовании изымаемых излишек активного ила в качестве удобрения; отсутствие при обработке вредных химических веществ; отсутствие в стоках примесей и взвесей. Однако эти методы требуют в аэротенках заданного уровня насыщения кислородом и температуры в очищаемой жидкости.

Процессы преобразования органических веществ и энергии, протекающие при биологической очистке сточных бытовых вод, можно представить в виде системы реакций [4]:

;

(клеточное вещество);

(клеточное вещество).

Уравнение (1) показывает процесс окисления органического вещества, уравнение (2) — процесс синтеза клеточного материала. Уравнение (3) описывает процесс самоокисления бактериальных клеток активного ила.

Качество очистки биологическими методами зависит, прежде всего, от скорости окисления поверхности микроорганизмов, входящих в состав активного ила. Скорость окисления определяется скоростью доставки органических веществ к поверхности бактериальных клеток. Доставка осуществляется с помощью молекулярной диффузии. Диффузионные процессы происходят в слое II (рисунок 2). Чем тоньше слой II, тем быстрее происходит диффузия и тем выше скорость насыщения флоккулы органическими веществами из стоков. Для уменьшения пограничного слоя требуется эффективное перемешивание.

При перенасыщении флоккулы, ее размеры достигают значительных критических величин и ее способность к очищению падает. Таким образом, образуется вспухающий ил, от которого нужно избавляться и поддерживать оптимальный размер флоккул режимами механического воздействия.

Рисунок 2. Структура флоккулы в диффузионной модели: I — очищаемая среда; II — пограничный слой между слоем переработки органики и средой; III — объём внутри флоккулы с переменной концентрацией субстрата; IV — объём внутри флоккулы с нулевой концентрацией субстрата

Биологическая очистка сточных вод является самой эффективной и экологичной на сегодняшний день. Она обеспечивает высокую степень очистки и является химически безопасной по сравнению с другими методами. Однако ее эффективность в значительной степени зависит от размера флоккул активного ила. Поэтому разработка методов позволяющих за короткий промежуток времени эффективно изменять размеры флоккул до пределов, определяющих их наиболее активное состояние, является актуальной задачей в области водоочистки.

1.Биологическая очистка сточных вод. Мосин О.В. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.o8ode.ru/article/planetwa/oprecnenie/biologi4eckaa_o4ictka_cto4nyh_vod.htm (дата обращения 12.12.2014).

2.Макаренко Э.Н. Использование симбиоза микробных ассоциаций для интенсификации биологической очистки сточных вод / Э.Н. Макаренко, Н.И. Касторной, Н.В. Смолина. Ставрополь: Изд-во СевКавГТУ, 2003. — С. 32 – 36.

4.Очистка сточных вод. Биологические и химические процессы/ М. Хенце, П. Армоэс, Й. Ля-Кур-Янсен, Э. Арван. М.: Мир, 2004. — 480 c.

6.Современные методы интенсификации работы аэротенков на очистных сооружениях больших городов: обзорная информация / В.И. Калицун, В.Н. Николаев, В.Д. Журавлёв, М.Г. Картавцева. М.: МГЦНТИ. — 1985. — Вып. 6. — 24 с.

источник

Биологические методы очистки сточных вод. Технологическая схема очистной станции с биологической очисткой сточных вод на биофильтрах

Биологические методы очистки сточных вод основаны на жизнедеятельности микроорганизмов, которые минерализуют растворенные органические соединения, являющиеся для микроорганизмов источниками питания. Сооружения биологической очистки условно могут быть разделены на два вида. К первому виду относятся сооружения, в которых процесс биологической очистки протекает в условиях, близких к естественным — поля фильтрации и биологические пруды. В сооружениях второго вида аналогичная очистка осуществляется в искусственно созданных условиях — в аэротенках и биофильтрах.

Методы почвенной очистки сточных вод основаны на способности самоочищения почвы; осуществляется такая очистка на полях орошения или на полях фильтрации.Полями орошения называются специально подготовленные и спланированные земельные участки, предназначенные для очистки сточных вод и для выращивания на них сельскохозяйственных культур. Если земельные участки предназначаются только для очистки сточных вод, они носят название полей фильтрации.

Сущность процесса очистки состоит в том, что при фильтрации сточных вод через почву в верхнем ее слое задерживаются взвешенные и коллоидные вещества, образующие на поверхности почвы густозаселенную микроорганизмами пленку. Эта пленка поглощает (адсорбирует) на своей поверхности растворенные органические вещества, находящиеся в сточных водах. Используя кислород, проникающий из атмосферы в поры почвы, микроорганизмы переводят органические вещества в минеральные соединения. Таким образом, наличие кислорода является необходимым условием нормального хода процесса. По мере углубления количество кислорода в почве быстро уменьшается и, наконец, наступает зона анаэробиоза (жизнь в отсутствие свободного кислорода), где окисление органических веществ, проникающих сюда в виде растворов, происходит только за счет процесса денитрификации (процесс восстановления нитратов до молекулярного азота), так как в зону анаэробиоза сточные воды попадают с большим запасом нитритов.

Биологические пруды представляют собой искусственно созданные водоемы для биологической очистки сточных вод, основанной на процессах, которые происходят при самоочищении водоемов. Пруды делают небольшой глубины — от 0,5 до 1 м. Это позволяет создать значительную поверхность соприкосновения воды с воздухом и обеспечить прогрев всей толщи воды и хорошее ее перемешивание. Таким образом, создаются благоприятные условия для массового развития водных организмов, в частности планктонных водорослей, которые ассимилируют биогенные элементы и в результате процесса синтеза обогащают воду кислородом, необходимым при окислении органических веществ. Биологические пруды обеспечивают более высокий эффект бактериального самоочищения, чем сооружения искусственной биологической очистки. Так, число кишечных палочек в прудах снижается ш 95,9— 99,9% начального содержания. Содержание яиц гельминтов в воде, прошедшей биологические пруды, ничтожно мало. Различают следующие виды биологических прудов: 1) пруды с разбавлением (рыбоводные); 2) пруды без разбавления (многоступенчатые или серийные); 3) пруды для доочистки сточных вод. В первом случае сточные воды после предварительного осветления в отстойниках смешивают со свежей речной водой в пропорциях 1:3— 1:5 и направляют в одноступенчатые проточные пруды, где идет процесс окисления органического вещества. Нагрузка сточной воды составляет 125—300 м3/(га•сутки). Размер каждого пруда 0,5—7 га. Продолжительность пребывания воды (с учетом разбавления) 8—12 дней. В прудах можно разводить рыбу. Во втором случае сточные воды после предварительного отстаивания направляют в пруд без разбавления чистой водой.

Продолжительность очистки сточной воды в прудах этого типа больше, чем в прудах первого типа; обмен воды происходит за срок до 30 дней. Для того чтобы обеспечить надлежащую очистку воды, пруды без разбавления устраивают в 4—5 ступеней (серийные пруды), которые вода проходит последовательно. Степень чистоты воды с каждой последующей ступенью постепенно повышается. Пруды каждой ступени обычно имеют площадь 2—2,5 га. При необходимости по местным условиям повышенной очистки сточных вод для их доочистки (после искусственных очистных сооружений) рекомендуется устраивать биологические пруды третьего вида. Число ступеней в таких прудах должно быть: при поступлении в них биологически очищенных сточных вод—2—3 ступени, при поступлении ных сточных вод — 4—5 ступеней.

Биологический фильтр — сооружение, в котором сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой, образованной колониями микроорганизмов. Биофильтр состоит из следующих основных частей: а) фильтрующей загрузки (тело фильтра) из шлака, гравия, керамзита, щебня, пластмасс, асбестоцемента, помещенной обычно в резервуаре с водопроницаемыми или водонепроницаемыми стенками; б) водораспределительного устройства, обеспечивающего равномерное с небольшими интервалами орошение сточной водой поверхности загрузки биофильтра; в) дренажного устройства для удаления профильтровавшейся воды; г) воздухораспределительного устройства, с помощью которого поступает необходимый для окислительного процесса воздух. Процессы окисления, происходящие в биофильтре, аналогичны процессам, происходящим в других сооружениях биологической очистки, и в первую очередь на полях орошения и полях фильтрации. Однако в биофильтре эти процессы протекают значительно интенсивнее. Проходя через загрузку биофильтра, загрязненная вода оставляет в ней нерастворенные примеси, не осевшие в первичных отстойниках, а также коллоидные и растворенные органические вещества, сорбируемые биологической пленкой. Густо заселяющие биопленку микроорганизмы окисляют органические вещества и отсюда черпают энергию, необходимую для своей жизнедеятельности. Часть органических веществ микроорганизмы используют как пластический материал для увеличения своей массы. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества и в то же время увеличивается масса активной биологической пленки в теле биофильтра. Отработанная и омертвевшая пленка смывается протекающей сточной водой и выносится из тела биофильтра. Необходимый для биохимического процесса кислород воздуха поступает в толщу загрузки путем естественной и искусственной вентиляции фильтра. Эффективность процесса очистки в аэротенках, качественное состояние и окислительная способность активного ила определяются рядом условий, к которым относятся: состав и свойства сточных вод, гидродинамические условия перемешивания, соотношение количеств поданных загрязнений и жизнеспособного ила, кислородный режим в сооружении, температура и активная реакция среды, наличие элементов питания, присутствие активаторов или ингибиторов процесса и т. п. Некоторые из этих условий могут быть изменены в процессе эксплуатации для регулирования технологического режима. Основанием для таких изменений являются одновременные учет и сопоставление всех указанных параметров. Одной из основных характеристик состояния активного ила в аэротенке является до настоящего времени нагрузка загрязнений на ил, т. е. соотношение количества поданных загрязнений на единицу массы ила в единицу времени (в сутки). Обычно за меру количества загрязнений принимают их кислородные эквиваленты — ВПК и ХПК- По структуре потоков различают: аэротенки-вытеснители (см. рис. 4.104), в которые сточная вода и возвратный ил впускаются сосредоточенно с одной из торцовых сторон аэротенка и выходят также сосредоточенно с другой торцовой стороны сооружения; аэротенки-смесители (рис. 4.107,а), в которых подвод и отвод сточной воды и ила осуществляется равномерно вдоль длинных сторон коридора аэротенка; при этом считается, что происходит полное смешение поступающей сточной воды с находящейся в аэротенке; аэротенки с рассредоточенной подачей сточной воды, в которых последняя подводится в нескольких точках по длине аэротенка, а отводится сосредоточенно в его торцовой части; возвратный ил подается осредоточенно в начало аэротенка. Вторичные отстойники служат для задержания активного ила, поступающего вместе с очищенной водой из аэротенков, или для задержания биологической пленки, поступающей с водой из биофильтров. Вторичные отстойники бывают вертикальными, горизонтальными и радиальными. Для очистных станций небольшой пропускной способности обычно применяют вертикальные, а для больших и средних станций — горизонтальные и радиальные вторичные отстойники. Осаждающийся во вторичных отстойниках активный ил имеет высокую влажность (99,2—99,5%). Основная часть этого ила поступает на регенерацию и снова подается в аэротенк; этот ил называют рециркуляционным. Так как в результате деятельности микроорганизмов масса активного ила непрерывно увеличивается, то образуется так называемый избыточный активный ил, который отделяется от рециркуляционного и направляется на дальнейшую переработку (в метантенки, на обезвоживающие установки, а также для использования в сельском хозяйстве). Направлять в метантенки огромную массу избыточного активного ила с высокой влажностью нерентабельно, поэтому его предварительно уплотняют. Применяемые для этого сооружения называются илоуплотнителями. Устройство илоуплотнителей на современных станциях аэрации обязательно.

Технологическая схема очистной станции с биологической очисткой сточных вод на биофильтрах: 1 — сточная вода; 2 — решетки; 3 — песколовки; 4 — первичные отстойники; 5 — биофильтры; 6 — вторичные отстойники; 7 — контактный резервуар; 8 — выпуск; 9 — отбросы; 10 — дробилки; 11 — хлораторная установка; 12 — осадок из первичных отстойников; 13 — биопленка из вторичных отстойников; 14 — песок; 15 — бункер песка; 16 — иловые площадки .

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

источник

Процесс биологической очистки основан на способности микроорганизмов использовать растворенные органические вещества сточных вод для питания в процессе жизнедеятельности. Часть органических веществ превращается в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы, часть идет на образование биомассы.

Сооружения биологической очистки можно условно разделить на два вида:

• • с очисткой в условиях, близких к естественным;
• • с очисткой в искусственно созданных условиях.

К первому виду относят поля фильтрации и орошения (земельные участки, в которых очистка происходит за счет фильтрации через слой грунта), а также биологические пруды (неглубокие водоемы, в которых происходит очистка, основанная на самоочищении водоемов).

Второй вид составляют такие сооружения, как биофильтры и аэротенки. Биофильтр — резервуар с фильтрующим материалом, поверхность которого покрыта биологической пленкой (колония микроорганизмов, способных сорбировать и окислять органические вещества из сточных вод). Аэротенк — резервуар, в котором очищаемые стоки смешиваются с активным илом (биоценоз микроорганизмов, также способных поглощать органику из стоков).

Биологическая очистка является основным методом обработки городских сточных вод. Существуют аэробные и анаэробные методы биологической очистки сточных вод. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле и биопленке.

Состав активного ила и биопленки

Активный ил является амфотерной коллоидной системой. Элементный химический состав активных илов достаточно близок и для городских сточных вод имеет формулу -C₅₄H212082N₈S₇. Сухое вещество активного ила содержит

70. 90 % органических и 10. 30 % неорганических веществ. Кроме живых организмов, в иле содержится субстрат — различные твердые остатки, к которым крепятся микроорганизмы. По внешнему виду активный ил представляет собой комочки и хлопья размером 3. 150 мкм и высокой удельной поверхностью — около 1200 м 2 на 1 м 3 ила.

Сообщество живых организмов, населяющих активный ил или биопленку, называют биоценозом. Самыми важными факторами формирования биоценоза илов очистных сооружений являются состав обрабатываемой воды и величина нагрузки на ил (биопленку). Действие других факторов — температуры, перемешивания, концентрации растворенного кислорода — практически не изменяет качественного состава илов, но влияет на количественное соотношение различных групп микроорганизмов.

Бактерии. При аэробной очистке сточных вод протекают два наиболее важных микробиологических процесса: окисление органического углерода и нитрификация. Бактериальное микронаселение илов обычно представлено родами pseudomonas, bacterium, bacillus, corynebacterium, arthrobacter, mycobacterium, micrococcus, sarcina, actinomyces, nocardia и др.

К роду pseudomonas относится 50. 80 % бактерий илов, очищающих сточные воды. Сюда входят бактерии, окисляющие метан (methanomonas), нитриты (nitrosomonas), молекулярный водород (hydrogenomonas), восстановленные соединения серы (sulfomonas, thiobacillus) и др. Бактерии hydrogenomonas интенсивно разлагают жирные кислоты, ароматические и гетероциклические соединения, a sulfomonas кроме соединений серы хорошо усваивают органические соединения.

В производственных сточных водах встречается до 30 видов bacterium. Эти бактерии усваивают нефть, парафины, наф-тены, фенолы и другие соединения. Видовое название бактерий отражает характер усваиваемых соединений: bact. aliphaticum, bact. naphtalinicus, bact. benzoli, bact. cyrloclastes и др. Из аммо-нификаторов в сточных водах встречаются bact. mycoides. Процессы аммонификации белковых соединений — важнейшая составная часть процессов очистки сточных вод. Высвобождаемый аммиак является источником азота, часть его окисляется до нитритов и нитратов. По сравнению с гетеротрофными углеродокисляющими бактериями бактерии-нитрификато-ры развиваются медленнее. Численность нитрификаторов увеличивается с возрастом ила. Наиболее активно нитрификация протекает после окисления органических соединений, когда создаются благоприятные условия для нитрификаторов. Из групп серобактерий в илах развиваются thiobacterium и thiotrix, окисляющие сульфиды, гипосульфиты, сероводород.

Бактерии bacillus, преобладающие среди микроаэрофиль-ных и факультативно анаэробных форм, окисляют углеводы, фенолы, спирты; corynebacterium и arthrobacer встречаются в сточных водах производства нафтеновых и синтетических жирных кислот; mycobacterium — в сточных водах крекинга и риформинга. Бактерии micrococcus усваивают спирты, органические кислоты, альдегиды, бактерии sarcina — фенолы, сахара и т.д.

Если сточная вода в аэротенке плохо аэрируется, то развиваются анаэробные процессы, в которых могут участвовать микроорганизмы, осуществляющие маслянокислое брожение, денитрификацию, сульфатредукцию и др.

В зимний период преобладают психрофильные формы микроорганизмов.

Грибы. В активном иле аэробных очистных сооружений встречаются дрожжи и мицелиальные (плесневые) грибы.

Дрожжи активно развиваются в сточных водах, богатых углеводами, углеводородами и органическими кислотами, например при очистке сточных вод, образовавшихся при производстве кормовых дрожжей из разных субстратов, стоков молочных производств, содержащих молочную сыворотку. Среди дрожжей часто встречаются дрожжи Candida, torulopsis, trichosporon, rhodotorula.

При поддержании значения pH в области 3,5. 6,0 биоценозы с доминированием дрожжей могуг иметь высокую окислительную способность и способны очищать сточные воды. Однако применение дрожжей для очистки сточных вод ограничено их слабой седиментационной способностью и недостаточной глубиной окисления загрязнений.

Грибы могут усваивать трудноокисляемые и токсичные соединения, в частности фенолы, поэтому их роль в процессах очистки существенна. Оптимальный pH их развития 4,0. 5,5.

Среди мицелиальных грибов встречаются cladosporium, fusarium, geotrichum, mucor, trichoderma. Они образуют разветвленные гифы, которые затрудняют образование плотных хлопьев и осаждение ила и могут быть ответственны за его вспухание. Особенно часто во вспухающем иле наряду с нитчатыми бактериями s. natans встречаются грибы из рода fusarium. Для предотвращения опасности обильного развития грибов и вспухания ила биологическую очистку проводят при pH = 6,8. 7,2, благоприятном для развития флокулообразующих бактерий.

Простейшие составляют около 0,5. 1 % суспендированных частиц активного ила. Они непосредственно не участвуют в потреблении органических веществ, однако занимая в сообществе активного ила более высокий уровень в трофической цепи питания, чем бактерии, простейшие поглощают большое их количество (20. 40 тыс. бактерий в сутки на одно простейшее). При этом регулируется видовой и возрастной состав микроорганизмов, снижается масса биоценоза, и следовательно, улучшается очистка воды. В биоценозах очистных сооружений встречаются несколько сотен видов представителей трех классов простейших: саркодовые (sarcodina), жгутиковые (masti-gophora) и инфузории (infusoria) с двумя подклассами — ресничные (ciiiata) и сосущие (suctoria). По сравнению с бактериями простейшие более чувствительны к изменению химических и физических условий среды, колебаниям технологических параметров очистки. Поэтому простейшие являются индикаторами состояния окислительной системы и качества очистки воды. Установлено, что в илах хорошего качества на 10 !6 бактериальных клеток приходится 10-16 видов простейших организмов, в илах среднего качества — 5-9 и в илах плохого качества 1-4. Этот показатель состава ила называют коэффициентом прото-зойности к_рг.

Из других сопутствующих организмов важное место занимают коловратки (rotatoria) — микроскопические животные длиной 0,01. 2,5 мм, питающиеся бактериями, простейшими, органическим детритом. Они чувствительны к кислороду и являются показателями хорошей работы очистной системы. При массовом развитии коловраток деструкция органического вещества может достигать по БПК 100. 200 мг 0₂/л в сут. Отсутствие коловраток в иле свидетельствует о неудовлетворительной очистке.

Кроме рассмотренных групп организмов, в илах и биопленке встречаются круглые черви nematoda, малощетинковые кольчатые черви рода aelosoma, водные клещи, мушки psichoda.

В сооружениях с изменяющейся нагрузкой на биомассу по ходу движения сточной воды (аэротенки-вытеснители, биофильтры) изменяется биоценоз. В частности, в биофильтрах основная часть микрофлоры, окисляющей химические загрязнения, сосредоточена в верхнем слое — до 0,5 м от орошаемой поверхности сооружений. В более глубоких слоях микронаселение значительно меньше. Отмечено также, что плотность микробного населения в высоконагружаемом биофильтре в десятки раз превышает плотность, возникающую в капельном биофильтре.

В аэротенках-вытеснителях по ходу движения сточной воды достаточно четко прослеживается изменение в микробном составе ила. В начале процесса, когда на единицу массы ила приходится большая масса загрязнений, в нем преобладают гетеротрофные бактерии и сапрозойные простейшие, питающиеся растворенными органическими веществами. Свободно плавающие ресничные представлены незначительно. Далее при уменьшении количества загрязнений преобладающими становятся голозойные свободно плавающие инфузории и коловратки, питающиеся бактериями и сапрозойными простейшими. В конце процесса очистки максимальное развитие получают прикрепленные и хищные инфузории, коловратки, черви, питающиеся голозойными инфузориями и иловыми частицами.

Интересно отметить, что при очистке одной и той же сточной воды в аэротенке и биофильтре развивается идентичная микрофлора, но с разным количественным соотношением отдельных групп микроорганизмов. Например, в 1 м 3 аэротенка при очистке дренажных вод, содержащих сероводород, число микробов, учтенное методом посева на питательные среды, составляло 210 14 , из них анаэробов около 0,01 %. Число микробов в 1 м 3 биофильтра достигало 110 !2 , при этом анаэробная микрофлора составила уже 28,8 %.

Важнейшим свойством активного ила является его способность к оседанию. Свойство оседания описывается величиной илового индекса, представляющего собой объем в мл, занимаемый 1 г ила в его естественном состоянии после 30-минутного отстаивания. Илы с индексом до 120 мл/г оседают хорошо, с индексом 120. 150 мл/г — удовлетворительно, а при индексе свыше 150 мл/г — плохо. Иногда плохая оседаемость ила связана с развитием в нем нитчатых бактерий. Плохая оседаемость ила влечет за собой повышенный вынос его с очищенной водой и, следовательно, ухудшение качества ее очистки.

Оседаемость ила зависит от способности бактерий образовывать зооглеи (хлопки ила) — скопления бактерий разной формы и консистенции, окруженные слизистым слоем. Установлено, что хлопьеобразование у ила тем выше, чем больше в нем капсульных форм микробов. Соотношение капсульных и бескапсульных форм бактерий в иле называют коэффициентом зооглейности к₂. Чем он выше, тем, следовательно, выше способность к хлопьеобразованию. Выявлена четкая зависимость способности к оседанию от нагрузки на ил; лучшей оседаемо-стью обладают илы, имеющие нагрузку по загрязнениям, соответствующую «классическим» системам аэротенков.

Илы обладают способностью вспухать, причем это явление наблюдается в любых системах кроме низконагружаемых, работающих с полной минерализацией ила. Вспухший ил (его индекс составляет более 150 мл/г) очень плохо отделяется от воды, однако вследствие весьма развитой поверхности соприкосновения частиц ила с водой он обладает высокой очищающей способностью. Существует мнение, что бороться с вспуханием илов практически невозможно, поскольку нельзя устранить его причины, которые неизвестны. К вспуханию ила могут привести самые разнообразные изменения условий работы системы, обычно не удается зафиксировать какую-либо одну конкретную причину этого явления.

Для образования биоценозов систем очистки используют активный ил с уже работающих очистных сооружений, состав которого сходен с составом поступающих загрязнений. При отсутствии очистных систем-аналогов активный ил формируют из сточных вод, разбавленных водой местных хозяйственнобытовых предприятий или из рек, постепенно адаптируя ценоз к загрязнениям стоков. Ил наращивают путём аэрации отсто-енной, снабженной биогенными солями и подогретой до

20. 25 °С сточной воды. При появлении через 36. 48 ч видимых хлопьев ила добавляется исходная сточная вода, аэрация продолжается и периодически производится декантация активного ила, сброс отстоенной воды и добавка исходных стоков. Через 15-16 сут по достижении концентрации ила 0,4. 0,5 г/л аэротенк переводят в режим непрерывной подачи сточных вод с возвратом всего оседающего во вторичном остойнике ила в аэротенк до тех пор, пока его концентрация не достигнет 3. 5 г/л. После этого часть ила начинает выводиться из системы.

Иногда активный ил формируют, используя сообщества микроорганизмов, полученных в лаборатории и потребляющих один или несколько основных компонентов загрязнений. Однако в условиях очистных сооружений лабораторный ценоз неустойчив и является лишь начальным звеном для образования рабочего активного ила.

Биопленка растет на наполнителе биофильтра и имеет вид слизистых образований толщиной 1,5. 2 мм. Бактерии образуют нижний трофический уровень (рис. 1.2), именно они разрушают загрязнения. Простейшие, коловратки, как было отмечено ранее, поедают бактерии (одна инфузория в среднем поглощает от 20 до 40 тыс. бактерий) и в свою очередь служат пищей высшим видам, например личинкам насекомых. Учёт отдельных видов, участвующих в экологической пирамиде, несуществен для проектирования.

Рис. 1.2. Трофическая пирамида активного ила (биопленки)

Суммарные реакции биохимического окисления в аэробных условиях можно схематично представить в следующем виде:

где СДОД — все органические вещества сточных вод; С₅Н₇>Ю₂ — условная формула клеточного вещества бактерий; АН — энергия.

Реакция (1.17) показывает характер окисления вещества для удовлетворения энергетических потребностей клетки (катаболи-ческий процесс), реакция (1.18) — для синтеза клеточного вещества (анаболический процесс). Затраты кислорода на эти реакции составляют БПК_полн сточной воды. Реакции (1.19) и (1.20) характеризуют превращение клеточного вещества в условиях недостатка питательных веществ. Общий расход кислорода на все 4 реакции приблизительно в вдвое больше, чем на (1.17) и (1.18).

источник