СООРУЖЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД МЕТОДАМИ АЭРАЦИИ

Биологические методы очистки сточных вод основываются на естественных процессах жизнедеятельности гетеротрофных микроорганизмов. Микроорганизмы, как известно, обладают рядом особых свойств, из которых следует выделить три основных, широко используемых для целей очистки:

  • 1) способность потреблять в качестве источников питания самые разнообразные органические (и некоторые неорганические) соединения для получения энергии и обеспечения своего функционирования;
  • 2) свойство быстро размножаться. В среднем число бактериальных клеток удваивается через каждые 30 мин;
  • 3) способность образовывать колонии и скопления, которые сравнительно легко можно отделить от очищенной воды после завершения процессов изъятия содержавшихся в ней загрязнений.

В живой клетке непрерывно и одновременно протекают два процесса — распад молекул (катаболизм) и их синтез (анаболизм), составляющие в целом процесс обмена веществ — метаболизм. Иными словами, процессы деструкции потребляемых микроорганизмами органических соединений неразрывно связаны с процессами биосинтеза новых микробиальных клеток, различных промежуточных или конечных продуктов, на проведение которых расходуется энергия, получаемая микробиальной клеткой в результате потребления питательных веществ.

Механизм изъятия из сточных вод органических веществ носит весьма сложный и многоступенчатый характер взаимосвязанных и последовательных биохимических реакций.

При очистке сточных вод, содержащих смесь разнообразных по химическому составу загрязнений, биомасса, осуществляющая очистку, представляет собой сообщество различных видов микроорганизмов и простейших со сложными отношениями между ними на уровне ферментативных реакций. В аэротенках микробиальная масса пребывает во взвешенном в жидкости состоянии в виде отдельных хлопьев, которые представляют собой зооглейные скопления микроорганизмов, простейших и более высокоорганизованных представителей фауны (коловратки, черви, личинки насекомых, а также водных грибов и дрожжей).

Биоценоз организмов, развивающихся в аэробных условиях на органических загрязнениях, содержащихся в сточной воде, получил название активного ила. Основная роль в нем принадлежит группам бактерий, способным не только извлекать из сточной воды взвешенные и органические вещества, но и самоорганизо-вываться в колонии — хлопья, легко отделяемые затем от очищенной воды отстаиванием или флотацией. Активный ил — скопление микроорганизмов, в которых клетки окутаны «паутиной» растворимых или слаборастворимых внеклеточных полимерных образований.

С инженерной точки зрения определяющим для технологического и конструктивного оформления процесса биологической очистки является скорость изъятия загрязнений из очищаемой воды в процессе биохимических реакций. Среди основных закономерностей развития колоний микроорганизмов можно выделить следующие фазы (рис. 12.1).

Зависимость прироста биомассы в аэробных условиях от концентрации питательных веществ

Рис. 12.1. Зависимость прироста биомассы в аэробных условиях от концентрации питательных веществ

I. Лаг-фаза, или фаза адаптации, которая наблюдается сразу после введения микробиальной культуры в контакт с питательной средой и в которой практически не происходит прироста биомассы.

II. Фаза экспоненциального роста (фаза ускоренного роста) микроорганизмов, в которой избыток питательных веществ и отсутствие (или весьма незначительное присутствие) продуктов обмена веществ способствуют поддержанию максимально возможной в данных условиях скорости размножения клеток.

III. Фаза замедленного роста, в которой скорость роста биомассы начинает все более сдерживаться по мере истощения питательных веществ и накопления продуктов метаболизма в культуральной среде.

IV. Фаза нулевого роста (или прекращения роста), в которой наблюдается практически стационарное состояние в количестве биомассы, которое свидетельствует о равновесии между наличием питательных веществ и накопленной биологической массой.

V. Фаза эндогенного дыхания (или фаза самоокисления), в которой из-за недостатка питания начинаются отмирание и распад клеток, ведущие к снижению общего количества биомассы в биологическом реакторе.

Из рис. 12.1 видно, что отмеченным фазам роста микробиальной массы соответствует и динамика изменения концентрации питательных веществ, выраженных через Б ПК. Это позволяет сделать следующие выводы:

  • • при биологической очистке значительная часть загрязнений сточных вод в результате метаболической активности микроорганизмов и сорбционной способности активного ила превращаются в биологическую массу, сравнительно легко отделимую от очищенной воды;
  • • длительность изъятия и окисления содержащихся в сточной воде органических загрязнений будет тем короче, чем дольше масса микроорганизмов будет в контакте с ними;
  • • при уменьшении содержания органических веществ в очищаемой жидкости ниже определенного предела жизнедеятельность микроорганизмов продолжается, но уже либо за счет накопленных питательных веществ, либо за счет их собственной массы, т.е. отмирания и окисления микроорганизмов со снижением общей их массы (процесс самоокисления).

Важнейшей характеристикой биологического окисления в аэротенках является нагрузка загрязнений на ил. Под ней понимается количество поступающих со сточной водой загрязнении в мг или г загрязнения (ХПК, БПК или любого другого загрязнения) на 1 г сухого вещества ила в 1 ч или в 1 сут.

Доза активного ила а/ концентрация его в аэротенке, которая выражается в граммах сухого вещества ила в 1 л или в 1 м3 иловой смеси. Нагрузку на активный ил по БПК можно представить в виде зависимости

?, = <1 - ?'К,,- <121)

где Ьеп БПК поступающей в аэрационное сооружение сточной жидкости, мг/л или г/м3; 5 — зольность ила, доли единицы; я. — доза ила, выражаемая в г/л, если БПК выражена в мг/л или в г/м3; 1а( длительность пребывания жидкости в аэрационном сооружении.

При полной биологической очистке БПКпо1м после отделения активного ила составляет 12—20 мг/л. Разница между поступающей в аэротенк БПКполн и выходящей из него называется снятой БПК . Отношение снятой БПК к массе ила и длительности аэрации представляет удельную скорость изъятия загрязнений из очищаемой воды, т.е. скорость очистки, определяется в мг или г БПК , на 1 г беззольного вещества ила в 1 ч:

ПОЛИ

Р, = п - ^)/«/0 - 02.2)

Удельная скорость изъятия загрязнений устанавливается экспериментальным путем. Если органическая нагрузка превышает О, 5 г БПКполн на 1 г беззольного вещества, то аэротенк считается высоконагруженным; если нагрузках находится в пределах 0,15—0,5 г БПКполи на 1 г беззольного вещества сухого ила в сутки — средненагруженным, а при в пределах ~ 0,065—0,15 г БПКпоан на 1 г беззольного вещества сухого ила в сутки — низко-нагруженным. При нагрузках менее ~ 0,065 г БПК на 1 г беззольного вещества ила имеет место так называемая продленная аэрация, при которой происходит самоокисление определенного количества активного ила.

Разделение активного ила от очищенной сточной воды осуществляется в основном гравитационным путем, т.е. отстаиванием; при этом активный ил осаждается на дно отстойного сооружения и несколько уплотняется, после чего может быть возвращен в аэрационное сооружение. Степень осаждаемости активного ила определяется понятием «иловый индекс». Хорошо оседающий ил имеет иловый индекс от 60—90 до 120—150 мл/г. Как перегрузка, так и недогрузка активного ила по загрязнениям (помимо прочих факторов) приводят к резкому увеличению илового индекса, названному «вспуханием» ила, и повышенному выносу его с очищенной сточной водой. Доза активного ила в аэрационных сооружениях может колебаться в пределах 3—5 г/л — при продленной аэрации; 3—4 г/л — при низких нагрузках на ил; 2,5—3,5 г/л — при средних и 2—3 г/ л — при высоких нагрузках.

Для оценки работы аэрационных сооружений имеет важное значение окислительная мощность. Математическое выражение этой величины представляет собой произведение дозы ила (в пересчете на беззольное вещество) на скорость очистки, т.е.

ОСа1 24яД1 — 5')р/, (12.3)

где р;. — БПКполн на 1 г беззольного вещества в 1 ч.

В зависимости от технологического режима его работы окислительная мощность аэротенков может составлять от 0,3 кг БПКпопм до 2—3 кг БПКпопн на 1 м3 сооружения. Важной характеристикой активности ила является возраст ила, под которым понимается средняя продолжительность его пребывания в сооружениях биологической очистки.

В аэротенке поддерживается определенная для данных условий концентрация ила, поэтому прирастающая масса ила должна своевременно удаляться из системы биологической очистки. Эту массу ила, т.е. прирост ила, называют избыточным активным илом. Масса ила, возвращаемая из сооружения илоотделения в аэротенки, получила название циркуляционного активного ила.

Опыт эксплуатации аэрационных сооружений показывает, что оптимальная активность ила обеспечивается при его возрасте в 2—5 сут.

Эффективность работы аэрационных сооружений оценивается на основе лабораторных анализов по следующим показателям: по БПКполн (ХПК) в неочищенной сточной воде, приросту ила, БПКполн очищенной воды, азоту аммонийному, нитритам, нитратам, соединениям фосфора, взвешенным веществам (после отделения ила), по дозе ила, концентрации растворенного кислорода, температуре, pH. Работа аэрационных сооружений оценивается также такими энергетическими показателями, как расход электроэнергии на снятие единицы массы загрязнений, например кВт • ч на 1 кг БПКполн (или ХПК); расход энергии или воздуха на очистку 1 м3 сточной воды. Для вывода аэротенка в расчетный режим работы требуются 2—4 недели и более, для ускорения пуска в работу аэротенков практикуется завоз некоторого количества активного ила из расположенных поблизости действующих очистных сооружений.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >