Биологическая очистка городских сточных вод.

Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать растворённые и коллоидные органические загрязнения в качестве источника питания в процессе своей жизнедеятельности . Биологическая очистка может осуществляться в естествен-ных условиях (поля орошения , поля фильтрации , биологические пруды ) и в искусственных условиях (аэротенки , биофильтры) . В искусственных условиях микроорганизмам создаются благоприятные условия (состав питательной среды , избыток растворенного кислорода , температура ) , которые ускоряют биологическую очистку , хотя и требуют дополнительных затрат .

Биологическая очистка в аэробных условиях осуществляется в одну фазу и характеризуется уравнениями , которые протекают одновременно :

Органическое вещество (БПК , ХПК , ООУ ) + О₂ + N₂ + Р СО₂ + Н₂О + нераспавшееся органическое вещество + энергия + микроорганизмы .

Микроорганизмы + О₂ + N₂ + Р = нераспавшееся клеточное вещество .

Биологическая очистка в искусственных условиях.

Может осуществляться взвешенным слоем хлопьев ила , называемого активным , через который протекает сточная вода .

Такой процесс осуществляется в азротенках , когда активный ил находится в свободноплава-ющем состоянии , или прикреплен к загрузке из ершей .

Второй вариант , когда сточная вода фильтруется через крупнозернистый материал , покрытый биоплёнкой , образованной колониями микроорганизмов . Этот процесс осуществляется в биофильтрах .

Биоценоз активного ила и биопленки при очистки одной и той же воды идентичны , но количественное соотношение различных видов микроорганизмов различно .

Активный ил и биоплёнка - это сложное сообщество различных групп : бактерий , простейших, грибов , водорослей , вирусов , некоторых высших организмов (коловратки , черви, клещи ) . До 30% биомассы пленки составляют грибы (сопроплесневые , дрожжевые и т.д. ) . Развитие грибов в активном иле незначительное , в чем наиболее существенное различие в микрофлоре илов аэротенков и биофильтров . В биоплёнке развиваются так же высшие водные организмы : клещи , мушки , но их роль в очистке незначительна .

Активный ил и его свойства.

Основная роль в биологической очистке принадлежит бактериям , число которых составляет 10⁸...10¹⁴ клеток на г сухого вещества . Ил имеет развитую поверхность до 100 м² на 1 г сухого вещества . Размер клеток от 0,1 до 3 мм и > , рН = 4...9 , заряд на 80% отрицательный .

В основном состав бактериальной микрофлоры зависит от :

состава сточных вод ;

условий работы сооружений ;

количества растворенного кислорода ;

температуры , рН ;

нагрузки на ил ;

соотношения загрязнений и микроорганизмов ;

гидродинамики потоков и т.д.

Свойства активного ила .

Важным свойством активного ила является его способность к хлопьеобразованию и седиментации , происходящих в результате взаимодействия высокомолекулярных внеклеточных полимеров (полисахаридов , белков , РНК , ДНК ) , аккумулирующихся на оболочке клетки в стадии эндогенной фазы развития культуры . Флокуляцию можно усилить добавлением неорганических веществ (каолин , кремнезем , сульфат аммония) . На флокуляцию оказывают влияние : перемешивание , температура , дозирование флокулянта , рН .

Активный ил подвержен “вспуханию” , вызванному развитием нитчатых бактерий . Причинами , вызывающими вспухание являются :

уменьшение концентрации растворенного кислорода ;

избыточное количество углеводов в исходной воде ;

недостаток азота , фосфора ;

резкие изменения нагрузок на ил и т.д.

Вспухший ил обладает чрезвычайно развитой поверхностью , имеет очень высокую очистительную способность . Но его невозможно отделить от воды , поэтому нормальная работа очистных сооружений со вспухшим илом невозможна .

Способность к омолаживанию . В активном иле практически всегда развиваются простейшие микроорганизмы . Простейшие питаются бактериями , поддерживая бактериальное равновесие в активном иле . Поедая старые малоподвижные клетки , простейшие способствуют омоложению ила . Усваивая еще и загрязнения , простейшие обеспечивают дополнительное осветление воды . Простейшие являются показателем работы сооружений биологической очистки . (Например при недостатке О₂ они становятся прозрачными , набухают и лопаются ).

Показатели характеризующие активный ил .

Состояние активного ила можно оценить величиной его окислительной мощности (ОМ) , т.е. способностью обеспечить окисление органических веществ биомассой активного ила, находящегося в 1 м³ объема аэротенка в течении одного часа (г БПК/м³час). Обычно аэротенки городских очистных станций имеют ОМ на уровне 25 - 60 г БПК/м³час . С помощью прикрепленных микроорганизмов можно довести ОМ до 250 г БПК/м³час .

ОМ = .

Другим показателем ила является его возраст (В) . Возраст равен В = (например: концентрация активного ила= 2,5 г/л ; прирост Пр = 0,25 г/л ) В = 10 суток . Желательно иметь возраст = 7 - 15 суток . Чем меньше возраст ила , тем выше его ОМ , но молодой ил плохо разрушает трудноокисляемые вещества . Старый ил , как правило , содержит больше нитрификаторов , т.е. способен окислять азотсодержащие вещества , но имеет низкую ОМ , т.к. имеет низкую скорость окисления загрязнений () . В аэротенках продленной аэрации величина В = 18 - 25 суток . Такой ил обеспечивает и нитрификацию , и способен осуществлять аэробную стабилизацию микроорганизмов .

Важным показателем аэротенков является нагрузка на ил () . Чем больше нагрузка на ил тем меньше в иле простейших и мелких животных (т.е. большую часть ила составляют бактерии ) . Высоконагруженный ил имеет высокий иловый индекс хуже оседает . Целесообразно нагрузку на активный ил не превышать 600 г/кг сутки . В то же время , если оценить нагрузку переходя от ОМ к нагрузке , то получим := 600 гО₂/кг сутки ; =гО₂/кг час = 25 гО₂/кг час ; если в 1 м³ объема аэротенка содержится 2 кг ила , ОМ и возраст взаимосвязаны , то нельзя перегружать аэротенки ни по загрязнениям органического характера , ни по взвешенным веществам , т.к. сразу ухудшается качество очистки . Можно ожидать сохранения высокого качества очистки при увеличении подачи взвесей на био-реакторы лишь при наличии прикрепленных микроорганизмов , поскольку их возраст не зависит от прироста , а седиментационные свойства ила не влияют на количество биомассы в биореакторе .

Иловый индекс (J ) - объем активного ила в мл после 30 минут отстаивания , отнесенный к 1гр. сухого вещества .

Хорошо оседающий ил - J=100...120 мл/г ;

Глубоко минерализованный -J= 60...90 мл/г ;

“Вспухший “ -J> 150...200 мл/г .