Аэробный метод биохимической очистки

Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки газовых выбросов, сточных вод, жидких и твердых отходов.

Аэробный метод основан на использовании аэробных групп организмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура 20...40 °С. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в биопленке или активном иле.

Активный ил представляет собой амфотерную коллоидную систему, состоящую из живых организмов и твердого субстрата и имеющую при pH = 4.. .9 отрицательный заряд.

В активном иле находятся микроорганизмы различных групп. По экологическим группам микроорганизмы делятся на аэробов и анаэробов, термофилов и мезофилов, галофилов и галофобов. Сообщество всех живых организмов (скопления бактерий, простейшие черви, плесневые грибы, дрожжи, актиномицеты, водоросли), населяющих ил, называют биоценозом. Сухое вещество активного ила содержит 70...90 % органических и 30... 10 % неорганических веществ.

Субстрат представляет собой твердую отмершую часть остатков водорослей и различных твердых остатков; к нему прикрепляются организмы активного ила. Субстрат составляет до 40 % в активном иле.

Качество ила определяется скоростью его осаждения и степенью очистки жидкости. Состояние ила характеризует «иловый индекс», который представляет собой отношение объема осаждаемой части активного ила к массе высушенного осадка (в граммах) после отстаивания в течение 30 мин. Чем хуже оседает ил, тем более высокий «иловый индекс» он имеет.

Наиболее оптимальная температура биохимической очистки сточных вод поддерживается в пределах 20...30 °С. Превышение температуры может привести к гибели микроорганизмов. При более низких температурах снижается скорость очистки, замедляется процесс адаптации микробов к новым видам загрязнений, ухудшаются процессы флокуляции и осаждения активного ила.

Биопленка растет на наполнителе биофильтра, она имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1...3 мм и более. Биопленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей и других организмов. Число микроорганизмов в биопленке меньше, чем в активном иле.

Аэробная диссимиляция субстрата - углеводов, белков, жиров - носит характер многостадийного процесса, включающего первоначальное расщепление сложного углеродсодержащего вещества на более простые субъединицы, подвергающиеся, в свою очередь, дальнейшей трансформации. В условиях аэробного метаболизма около 90 % потребляемого кислорода используется на дыхательный путь получения энергии клетками микроорганизмов.

Механизм биологического окисления в аэробных условиях гетеротрофными бактериями может быть представлен следующей схемой:

336

Реакция (7.6) показывает окисление исходных органических загрязнений сточных вод и образование новой биомассы. В очищенные сточных водах остаются биологически неокис- ляемые вещества, преимущественно в растворенном состоянии, так как коллоидные и нерас- творенные вещества удаляются из сточной воды методом сорбции.

Реакция (7.7) описывает процесс эндогенного окисления клеточного вещества, который происходит после использования внешнего источника питания.

Очистка в аэробных условиях происходит в присутствии растворенного в воде кислорода, представляя собой модификацию протекающего в природе естественного процесса самоочищения водоемов.

Для окисления микроорганизмами органических веществ в сточной воде необходим кислород, но они могут его использовать только в растворенном в воде виде. Для насыщения сточной воды кислородом проводят процесс аэрации, разбивая воздушный поток на пузырьки, равномерно распределяя их в сточной воде. Из пузырьков воздуха кислород абсорбируется водой, а затем переносится к микроорганизмам (рис. 7.1).

Схема переноса кислорода от пузырьков газа к микроорганизмам

Рис. 7.1. Схема переноса кислорода от пузырьков газа к микроорганизмам:

А - пузырек газа; Б - скопление микроорганизмов;

  • 1 - пограничный диффузионный слой со стороны газа; 2 - поверхность раздела;
  • 3 - пограничный диффузионный слой со стороны жидкости;
  • 4 - перенос кислорода от пузырька к микроорганизмам;
  • 5 - пограничный диффузионный слой со стороны жидкости у микроорганизмов;
  • 6 - переход кислорода внутрь клеток; 7 - зона реакции между молекулами кислорода с ферментами

Количество абсорбируемого кислорода может быть вычислено по уравнению массоот-

дачи:

где М - количество абсорбированного кислорода, кг/с; Рк - объемный коэффициент массо-

отдачи, с"1; V - объем сточной воды в сооружении, м3; С* и С - равновесная концентрация и концентрация кислорода в массе жидкости, кг/м3.

Количество абсорбируемого кислорода может быть увеличено за счет роста коэффициента массоотдачи или движущей силы. На скорость биохимического окисления влияет тур- булизация сточных вод в очистных сооружениях, что способствует распаду хлопьев активного ила на более мелкие и увеличивает скорость поступления питательных веществ и кислорода к микроорганизмам. Турбулизация потока достигается интенсивным перемешиванием, при котором активный ил находится во взвешенном состоянии, что обеспечивает равномерное распределение его в сточной воде.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >