18, 19 В. Основные принципы биологической очистки воды.

            Очистка сточных вод подразумевает практически полное биологическое разложение органических соединений в воде. По существующим нормам, содержание органических веществ в очищенной воде не должно превышать 10 мг/л.

            Деградация органических веществ микроорганизмами в аэробных и в анаэробных условиях осуществляется с разными энергетическими балансами суммарных реакций. При аэробном биоокислении глюкозы 59% энергии, содержащейся в ней, расходуется на прирост биомассы и 41% составляют тепловые потери. Этим обусловлен активный рост аэробных микроорганизмов. Чем выше концентрация органических веществ в обрабатываемых стоках, тем сильнее разогрев, выше скорость роста микробной биомассы и накопления избыточного активного ила. При анаэробной деградации глюкозы с образованием метана лишь 8% энергии расходуется на прирост биомассы, 3% составляют тепловые потери и 89% переходит в метан. Анаэробные микроорганизмы растут медленно и нуждаются в высокой концентрации субстрата.

            Аэробный процесс

С₆Н₁₂О₆ +6О₂ --> 6СО₂ +6Н₂О + микробная биомасса + тепло

            Анаэробный процесс

С₆Н₁₂О₆ --> 3СН₄ + 3СО₂ + микробная биомасса  + тепло

            Аэробное микробное сообщество представлено разнообразными микроорганизмами, в основном бактериями, окисляющими различные органические вещества в большинстве случаев независимо друг от друга, хотя окисление некоторых веществ осуществляется путем соокисления (кометаболизм). Аэробное микробное сообщество активного ила систем аэробной очистки воды представлено исключительным биоразнообразием. В последние годы с помощью новых мокулярно-биологических методов, в частности специфических рРНК проб, в активном иле показано присутствие бактерий родов Paracoccus, Caulobacter, Hyphomicrobium, Nitrobacter, Acinetobacter, Sphaerotilus, Aeromonas, Pseudomonas, Cytophaga, Flavobacterium, Flexibacter, Halisomenobacter, Artrobacter, Corynebacterium, Microtrix, Nocardia, Rhodococcus, Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, Staphylococcus. Считается, однако, что к настоящему времени идентифицировано не более 5% видов микроорганизмов, участвующих в аэробной очистке воды. Следует отметить, что многие аэробные бактерии являются факультативными анаэробами. Они могут расти в отсутствии кислорода за счет других акцепторов электрона (анаэробное дыхание) или брожения (субстратное фосфорилирование). Продуктами их жизнедеятельности являются углекислота, водород, органические кислоты и спирты.Преимуществом аэробной очистки является высокая скорость и использование веществ в низких концентрациях. Существенными недостатками, особенно при обработке концентрированных сточных вод, являются высокие энергозатраты на аэрацию и проблемы, связанные с обработкой и утилизацией больших количеств избыточного ила. Аэробный процесс используется при очистке бытовых, некоторых промышленных и свиноводческих сточных вод с ХПК не выше 2000.

20 В.Биологические фильтры очистки сточных вод (аэробные условия)

 

Биологический фильтр – сооружение для очистки сточных вод, заполнен­ное загрузочным материалом, через который фильтруется сточ­ная вода и на поверхности которого развивается биологичес­кая пленка. Разница температур между сточными водами и воз­духом гарантирует непрерывную вентиляцию атмосферного воздуха через загрузку фильтра, обеспечивая постоянно доста­точную для жизнедеятельности микроорганизмов концентра­цию кислорода.  Важнейшая составная часть биофильтра – загрузочный материал. По типу загрузочного материала все биофильтры делят на две категории: с объемной загрузкой и с плоскостной. В биологических фильтрах с объемной загрузкой используют щебень прочных горных пород, гальку, шлак, керамзит, а в филь­трах с плоскостной загрузкой – пластмассы, способные выдер­живать  температуру 6 – 30 ⁰С без потери прочности.

        Пропускная способность биофильтра (по сточной воде) определяется, преж­де всего, следующим: площадью поверхности, занятой биоплен­кой, и возможностью свободного доступа кислорода к биоплен­ке. Чем больше площадь поверхности биопленки и чем легче к ней доступ кислорода, тем выше пропускная способность био­фильтра. Согласно общепринятой классификации различают биофильтры с объемной загрузкой – капельные, высоконагру-жаемые и башенные и с плоскостной загрузкой – с жесткой за­сыпной, жесткой блочной и мягкой загрузкой. Согласно литературным данным интенсивность деструкции трудноокисляемых органических веществ сточных вод в биофильтрах не только не ниже, но в отдельных случаях даже выше, чем в аэротенках. Биофильтры применяются для очистки хозяйствен­но-бытовых и промышленных сточных вод. Например, на ка­пельных биофильтрах с высотой слоя загрузки 1,5 м и есте­ственной аэрацией очищались сточные воды канифольно-эк-стракционного завода, термической переработки сланцев, про­изводств диметилтерефталата, окиси этилена, хлоропренового каучука.

Аэротенками называют железобетонные аэрируемые резервуары. Процесс очистки в аэротенке идет по мере протекания через него аэрированной смеси сточной воды и активного ила. Аэрация необходима для насыщения воды кислородом и поддержания ила во взвешенном состоянии.

Аэротенки подразделяются по следующим основным признакам:

- по гидродинамическому режиму – на аэротенки-вытеснители, аэротенки-смесители и аэротенки промежуточного типа (с рассредоточенным выпуском сточных вод);

- по способу регенерации активного ила – на аэротенки с отдельной регенерацией и аэротенки без отдельной регенерации;

- по нагрузке на активный ил – на высоконагружаемые (для неполной очистки), обычные и низконагружаемые (с продленной аэрацией);

- по количеству ступеней – на одно-, двух-, и многоступенчатые аэротенки;

- по режиму ввода сточных вод – на проточные, полупроточные, с переменным рабочим уровнем и контактовые;

- по типу системы аэрации: с пневматической (воздух нагнетается в аэротенк под давлением), механической (в качестве источника кислорода используется наружный воздух, который вовлекается в аэротенк при вращении в нем жидкости мешалкой-аэратором) и смешанной или комбинированной;

- по конструкции.

По степени очистки сточных вод аэротенки принимаются на полную очистку, на неполную или частичную. В  первом случае получаются  очищенные, незагнивающие сточные воды, содержащие нитраты и растворенный кислород. Во втором случае БПКполн очищенных сточных вод может быть снижена на 40-80%.