Биохимический метод используется для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод (СВ) от растворенных органических и некоторых неорганических веществ (H 2 S, сульфиды, аммиак, нитриты и др.). Процессоснован на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности – органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода.

Основные показатели процесса.

БПК – биохимическая потребность в кислороде или количество кислорода, используемое при биохимических процессах окисления органических веществ (не включая процессы нитрификации) за определенный промежуток времени (2, 5, 8, 10, 20 сут) в мгО 2 на 1 мг вещества. (БПК 5 – БПК за 5 суток).

ХПК – химическая потребность в кислороде, т. е. количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, необходимого для окисления всех восстановителей, содержащихся в воде, мгО 2 /1 мг вещества.

При контакте с органическими веществами микроорганизмы частично разрушают их, превращая в воду, СО 2 , нитрит- и сульфат-ионы. Другая часть вещества идет на образование биомассы – процесс биохимического окисления.

При сбросе СВ на биохимические очистные сооружения должны соблюдаться следующие требования:

Концентрации токсичных веществ должны быть не выше максимально установленных, не влияющих на процессы биохимического окисления (МК б) и на работу очистных срооружений (МК б.о.с.), или БПК/ХПК0,5;

СВ не должны содержать ядовитые вещества и соли тяжелых металлов;

Неорганические вещества, не поддающиеся окислению, должны иметь концентрации максимально установленных (МК б (Cu) – 0,5 мг/л; (Hg) – 0,02 мг/л; (Pb) – 0,1 мг/л и т. д.).

Биохимическиеметоды

		Анаэробные Без доступа О 2

Состав активного ила и биопленки.

Активный ил (АИ) - живые организмы + твердый субстрат

Сообщество живых организмов (скопления и одиночные бактерии, простейшие, черви, плесневые грибы, дрожжи; редко – личинки насекомых, рачков, а также водоросли и др.) – биоценоз, представлен, в основном, 12 видами микроорганизмов и простейших.

Скопление бактерий в АИ окружены слизистым слоем (капсулами). Такие скопления называются зоогелями . Слизистые вещества содержат антибиотики, способные подавлять нитчатые бактерии. Бактерии, лишенные слизистого слоя, с меньшей скоростью окисляют загрязнения.

В АИ находятся организмы различных групп, их возникновение зависит от состава СВ, содержания в них О 2 , температуры, рН, содержания солей и т. д.

По экологическим группам микроорганизмы (разрушают органические вещества) делятся:

2. анаэробы

3. термофилы

4. мезофилы

5. галофилы

6. галофобы

Простейшие (органические вещества не разрушают, поддерживают баланс бактерий или питаются ими):

1. сардиковые

2. жгутиковые

3. реснитчатые

4. сосущие инфузории

При образовании АИ сначала появляются бактерии, затем простейшие.

АИ – буровато-желтые комочки и хлопья, размер – 3-150 мкм. Поверхность хлопьев 1200м 2 /1м 3 ила (100 м 2 /1г сухого вещества). В 1м 3 АИ – 2*10 14 бактерий.

Биопленка растет на носителе биофильтра; имеет вид слизистых обрастаний размером 1-2мм и более. Цвет зависит от состава СВ – от светло-желтого до темно-коричневого.

Состав : бактерии, грибы, дрожжи и др., простейшие, коловратки, черви (разнообразнее, чем в АИ). Личинки комаров и мух, черви и клещи поедают АИ и биопленку, вызывая их рыхление, что способствует процессу очистки. Число микроорганизмов в биопленке меньше, чем в АИ, в 1м 3 биопленки - 2*10 12 бактерий.

Закономерности распада органических веществ.

Органические вещества при помощи специфического белка – переносчика (он образует с органическими веществами растворимый комплекс) проходят через мембрану в клетку микроорганизма, комплекс разрушается, белок-переносчик включается в новый цикл переноса, а внутри клетки происходят превращения, заканчивающиеся окислением вещества с выделением энергии и синтезом новых веществ с затратой этой энергии.

Этот процесс непрерывен и очень сложен, протекают в строгой последовательности с большой скоростью множество реакций, что определяется ферментами (катализаторы биохимических реакций). Каждую реакцию катализирует определенный фермент, содержащийся в клетке.

Вещества, повышающие активность ферментов (активаторы): витамины, Са 2+ , Мg 2+ , Mn 2+ .

Ингибиторы: соли тяжелых металлов, синильная кислота, антибиотики.

Суммарные реакции биохимического окисления в аэробных условиях:

CxHyOzN +(x+y/4+z/3+3/4)O 2 ферменты xCO 2 +(y-3)/2H 2 O+NH 3 +H (1)

CxHyOzN +NH 3 + O 2 ферменты C 5 H 7 NO 2 +CO 2 +H (2)

Реакция (1) – удовлетворение энергетических потребностей клетки

Реакция (2) – для синтеза клеточного вещества.

C 5 H 7 NO 2 +5O 2 ферменты 5 CO 2 +NH 3 +2H 2 O+H

NH 3 + O 2 ферменты HNO 2 + O 2 ферменты HNO 3

CxHyOzN – все органические вещества СВ

C 5 H 7 NO 2 – среднее соотношение основных элементов в клеточном веществе бактерий

H – энергия.

Живые организмы могут использовать только химически связанную энергию, универсальный ее переносчик в клетке – аденозитрифосфорная кислота (АТФ), образующаяся в ходе реакции с аденозиндифосфорной кислотой (АДФ):

АДФ+Н 3 РО 4 АТФ+Н 2 О

Метаболизм некоторых веществ.

СН 4 СН 3 ОН НСНО НСООН СО 2

Нитрификация и денитрификация .

Нитрифицирующие бактерии окисляют азот аммонийных соединений сначала до NO 2 - NO 3 - - процесс нитрификации

NH 4 + O 2 ферменты HNO 2 + O 2 ферменты HNO 3

Денитрифицирующие бактерии отщепляют связанный кислород от нитритов и нитратов и вновь расходуют его на окисление органических веществ – процесс денитрификации.

NH 2 OH NH 3 (редко)

NO 3 - NO 2 - NO

Окисление серосодержащих веществ.

Сера, H 2 S, тиосульфаты, политионаты и др. соединения серные бактерии окисляют до H 2 SO 4 и сульфатов.

Процесс интенсифицируется в присутствии:N, P, K, небольшого количества Fe, Mg, Zn, B, Mn.

Окисление Fe и Mn.

Железобактерии получают энергию, окисляя Fe 2+ до Fe 3+

4FeCO 3 +O 2 +6H 2 O 4Fe(OH) 3 +4CO 2 +H

Mn 2+ +1/2 O 2 +2OH - MnO 2 +H 2 O

Аэробная очистка:

В природных условиях

В искусственных сооружениях

В природных условиях:

На полях орошения

На полях фильтрации

В биологических прудах

Поля орошения (ПО) – специально подготовленные земельные участки, используемые для очищения СВ и агрокультурных целей. Очистка СВ идет под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений.

В почве ПО находятся бактерии, дрожжи, грибы, водоросли, простейшие и беспозвоночные животные (их количество зависит от времени года).

Поля фильтрации – используются только для биологической очистки СВ без выращивания на них сельскохозяйственных культур.

Преимущества очистки в природных условиях:

Снижаются капитальные и эксплуатационные затраты

Исключается сброс стоков за пределы орошаемой площади

Обеспечивается получение высоких и устойчивых урожаев с/х растений

Вовлекаются в с/х оборот малопродуктивные земли.

Поля орошения лучше устраивать на песчаных, суглинистых и черноземных почвах. Грунтовые воды должны быть не выше 1,25 м от поверхности. Если грунтовые воды залегают выше этого уровня, то необходимо устраивать дренаж.

Варианты естественной биохимической очистки СВ см. на рис. 50.

Биологические пруды – каскад прудов, состоящих из 3 – 5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная СВ.

Пруды предназначены для биологической очистки и доочистки СВ в комплексе с другими очистными сооружениями. Пруды бывают с естественной и искусственной аэрацией.

Бактерии используют для окисления кислород, выделяемый водорослями в процессе фотосинтеза, а также О 2 из воздуха. Водоросли потребляют СО 2 , фосфаты и аммонийный азот, выделяющиеся при биохимическом разложении органических веществ. Tемпература, при которой происходят процессы очистки в прудах 6 0 С, зимой пруды не работают.

Для искусственной аэрации используют компрессоры низкого давления, при этом происходит перемешивание воды.

Очистка в искусственных условиях:

В аэротенках

В биофильтрах

Очистка в аэротенках :

Аэротенки – железобетонные аэрируемые резервуары. Процесс очистки в аэротенке происходит по мере протекания через него аэрируемой смеси сточной воды и активного ила.

Аэрация нужна для насыщения воды О 2 и поддержания ила во взвешенном состоянии.

Биохимические процессы в аэротенке:

а) адсорбция поверхностью активного ила органических веществ и минерализация легко окисляющихся веществ при интенсивном потреблении кислорода;

б) доокисление медленно окисляющихся органических веществ, регенерация активного ила (кислород при этом потребляется медленнее).

Перед аэротенками СВ должны содержать не более 150 мг/л взвешенных веществ и не более 25 мг/л нефтепродуктов, 6 0 Сt30 0 С,рН = 6,5-9.

Аэротенк состоит из регенератора (25% от объема) и собственно аэротенка.

После контактирования СВ с илом поступает во вторичный отстойник, где ил отделяется от воды. Большую его часть возвращают в аэротенк, а избыток – в преаэратор.

Аэротенк – открытый бассейн с устройством принудительной аэрации (глубина до 2 – 5 м).

Аэротенки классифицируют :

1)по гидродинамическому режиму

Аэротенк-вытеснитель

Аэротенк-смеситель

Аэротенк промежуточного типа

2)по способу регенерации АИ

С отдельной регенерацией

Без отдельной регенерации

3) по нагрузке на АИ

Высоконагружаемые (для неполной очистки)

Обычные (низконагружаемые с продленной аэрацией)

4) по количеству ступеней

5) по режима ввода СВ

Проточные

Полупроточные

С переменным рабочим уровнем и контактные

6) по конструктивным признакам.

иловая смесь

Рис. Аэротенки с различной структурой потоков СВ и возвратного активного ила:

а) аэротенк-вытеснитель

б) аэротенк-смеситель

в) аэротенк с рассредоточенной подачей СВ

а) используют для малоконцентрированных вод (до 300мг/л по БПКполн)

б) для концентрированных вод с БПКполн до 1000мг/л

Одноступенчатые схемы без регенерации ила используют при БПКполн150 мг/л, с регенерацией >150 мг/л и при наличие вредных производственных примесей.

Двухступенчатые схемы – для очистки высококонцентрированных СВ.

Аэрация .

Методы: а) пневмотический

б) механический

в) пневмомеханический

а) сжатый воздух воздуходувной подают через пористые керамические плиты (фильтросы, пористые и перфорированные трубы)

б) перемешивание жидкости различными устойствами, обеспечивающее дробление струй воздуха. Вблизи этих устройств возникают пузырьки газа, при помощи которого О 2 переходит в СВ

в) сжатый воздух поступает через аэрационное кольцо с большими отверстиями и разбивается на мелкие пузырьки. Используют, когда необходимо интенсивное перемешивание и высокая окислительная мощность.

Продолжительность аэрации:

где и - БПКполн поступающей на очистку и очищенной воды, мгО 2 /л

а – доза ила, г/л

Sл – зольность ила в долях единицы

Т - средняя расчетная скорость окисления мг БПКполг/г беззольного вещества ила в час.

Разные конструкции аэротенков (см. рис. 51).

Для интенсификации процесса биохимической очистки СВ перед аэротенком можно обрабатывать окислителями (О 3) для снижения ХПК.

Есть схемы, где для отделения активного ила используют не отстойники, а флотаторы.

Использование флотатора позволяет повысить концентрацию активного ила в аэротенке до 10 – 12 г/л и увеличить его производительность в 2 – 3 раза.

Биофильтры .

Биофильтры – это сооружения, в корпусе которых размещается кусковая насадка (загрузка) и предусмотрены распределительные устройства для СВ.

СВ фильтруются через слой загрузки, покрытый пленкой микроорганизмов, которые окисляют органические вещества, используя их как источник питания и энергии.

Из СВ удаляются органические вещества, а масса биопленки повышается. Отработанная (омертвевшая) биопленка смывается протекающей СВ и выносится из биофильтра.

Керамзит;

Керамические и пластмассовые кольца;

Кубы, шары, цилиндры, шестигранные блоки;

Металлические и пластмассовые сетки, скрученные в рулоны.

Биофильтры:

а) – с полной биологической очисткой;

С неполной биологической очисткой;

б) – с естественной подачей воздуха;

С искусственной подачей воздуха;

в) – с рециркуляцией СВ;

Без рециркуляции СВ;

г) – одноступенчатые;

Двухступенчатые;

д) – капельные;

Высоконагружаемые

Схемы установок для очистки СВ биофильтрами (рис. 52)

СВ

Очищенная вода

СВ очищенная

Рис.52 Схемы установок для очистки СВ биофильтрами

а) – одноступенчатая

б) – двухступенчатая

1 – первичные отстойники

2,4 – биофильтры I и II ступеней

3 – вторичные отстойники

5 – третичные отстойники.

Биопленка выполняет те же функции, что и активный ил: адсорбируют и перерабатывают биологические вещества. Окислительная мощность биофильтров ниже мощности аэротенков.

На эффективность очистки СВ влияют:

БПК очищенной воды

Природа органических загрязнений

Скорость окисления

Интенсивность дыхания микроорганизмов

Масса веществ, адсорбируемых пленкой

Толщина биопленки

Состав обитающих в биопленке микроорганизмов

Интенсивность аэрации

Площадь и высота биофильтра

Характеристика загрузки (размер кусков, пористость, удельная поверхность)

Физические свойства СВ (температура, гидравлическая нагрузка, интенсивность рециркуляции, равномерность распределения СВ по сечению загрузки, степень смачиваемости биопленки).

Двухъярусные биофильтры применяют, когда для достижения высокой степени очистки нельзя увеличить высоту биофильтров.

Биофильтры с капельной фильтрацией обеспечивает полную очистку, но имеют низкую производительность (0,5 – 3 м 3 /м 2 сутки). БПК очищаемой воды 200мг О 2 /л.

Высоконагружаемые биофильтры – производительность 10 – 30 м 3 /м 2 сутки, но не обеспечивает полную биологическую очистку. Используют аэрацию (16 м 3 воздуха/1 м 3 СВ). при БПК 20 > 300мг/л – рециркуляция очищенной воды.

Башенные биофильтры – производительность до 5000 м 3 /сутки.

Биотенк-биофильтр – корпус с расположенными в шахматном порядке элементами загрузки, которую представляют собой полуцилиндры диаметром 80мм. СВ поступает сверху, наполняя элементы загрузки, и через края стекает вниз. На наружных поверхностях элементов образуется биопленка, а в элементах – биомасса, похожая на активный ил. Насыщение воды О 2 происходит при движении жидкости.

Аппараты с псевдоожиженным слоем .

Колонна с псевдоожиженным слоем зернистого материала (песка), на поверхности которого культивируются микроорганизмы. СВ предварительно насыщают О 2 и подают в колонку снизу вверх со скоростью 25 – 60 м/час.

Поверхность загрузки – 3200 м 2 /м 3 (в 20 раз больше, чем в аэротенках, в 40 раз больше, чем в биофильтре).

Процессы протекают очень быстро: БПК СВ снижается на 85 – 90% за 15 минут (в аэротанке – за 6 – 8 часов).

Окситенки.

Биохимическая очистка СВ с применением вместо воздуха технического кислорода – «биоосаждение» осуществляется в окситенках.

Использование О 2 вместо воздуха позволяет:

1. повысить эффективность использования О 2 с 8 – 9 до 90 - 95%
2. повысить окислительную мощность по сравнению с аэротенками в 5-6 раз
3. снизить скорость перемешивания СВ (это улучшает осаждение ила, т. к. не разрушаются крупные хлопья)
4. улучшить бактериальный состав активного ила (при высоких концентрациях О 2 не развиваются ниточные бактерии)
5. повышается содержание О 2 в очищенной воде, что способствует ее дальнейшей доочистке
6. избежать неприятных запахов, т. к. окситенки – закрытые герметичные аппараты
7. капитальные затраты ниже (в случае, если О 2 – отход производства)

Конструкции окситенков:

1. комбинированные (реакторы-смесители)

2. секционные окситенки – вытеснители с отдельным вторичным отстойником.

Основная реакция:

СО 2 +4Н 2 А СН 4 +4А+2Н 2 О

Н 2 А – органическое вещество, содержащее Н

5АН 2 +SО 4 2- 5А+Н 2 S+4Н 2 О

Денитрификация:

6АН 2 +2nО 3 - 6А+6Н 2 О+n 2 (nО 3)

Брожение осуществляют в метантенках - аппарат, герметично закрытый, оборудованный приспособлениями для ввода несброженного и вывода сброженного осадка. (рис.54)

Перед подачей осадок должен быть обезвожен.

Параметры анаэробного сбраживания :

Температура, регулирующая интенсивность процесса

Степень перемешивания.

Сбраживание в мезофильных (30 –35 0 С) и термофильных (50 - 55 0 С) условиях.

Степень распада органических веществ 40%.

Степень распада органических веществ может повыситься за счет поддержания:

1. высокой температуры
2. концентрации беззольного вещества > 15г/л
3. интенсивного перемешивания
4. рН=6,8-7,2

1. присутствие солей тяжелых металлов
2. избыток nН 4
3. присутствие сульфидов и некоторых др.

Брожение ведут в 2 стадии, при этом часть осадка из второго метантенка возвращают в первый, в первом – хорошее перемешивание.

Выделяющийся газ: 63 – 65% СН 4 , 32 - 34% СО 2 , теплотворная способность 23 МДж/кг снижают в топках паровых котловиспользуют для нагрева осадков в метантенках и для других целей.

При обеспечении условий, повышающих активность процесса микробиального разрушения углеводородов (наличие воды и активное перемешивание, аэрация и обеспечение необходимого количества минеральных солей), биохимическая очистка сточных вод, содержащих нефть и нефтепродукты в концентрациях, соответствующих пределам растворимости и даже выше (до 50 мг/л)г может быть осуществлена в аэротенках или при благоприятных местных условиях к более простых сооружениях - аэрируемых биологических прудах.[ ...]

При соответствующих условиях (наличие кислорода, температура выше 4° С и др.) под действием аэробных микроорганизмов (нитрифицирующих бактерий) происходит окисление азота аммонийных солей, в результате чего образуются сначала соли азотистой кислоты, или нитриты, а при дальнейшем окислении - соли азотной кислоты, или нитраты, т. е- происходит процесс нитрификации. Этот биохимический процесс был открыт в 70-х годах XIX в. Но только в конце XIX в. русскому микробиологу С. Н. Виноградскому удалось выделить чистую культуру нитрифицирующих бактерий. Одна группа этих бактерий окисляет аммиак в азотистую кислоту (нитритные бактерии), вторая - азотистую кислоту в азотную (нитратные бактерии). Нитрификация имеет большое значение в очистке сточных вод, так как этим путем накапливается запас кислорода, который может быть использован для окисления органических без-азотистых веществ, когда полностью уже израсходован для этого процесса весь свободный (растворенный) кислород. Связанный кислород отщепляется от нитритов и нитратов под действием микроорганизмов (денитрифицирующих бактерий) и вторично расходуется для окисления органического вещества. Процесс этот называется денитрификацией. Он сопровождается выделением в атмосферу свободного азота в форме газа.[ ...]

Биохимическая очистка . Метод основан на способности микробов использовать в процессе своей жизнедеятельности различные растворимые органические и неокис-ленные неорганические соединения (например, Сг6+, аммиак, нитриты, сероводород). Поэтому применение биохимического метода дает возможность удалять из сточных вод разнообразные токсичные органические и неорганические соединения. Если скорость биохимического процесса определяется условиями подвода кислорода и поверхностью микробных тел (диффузионные факторы), те применяют аэротенки - смесители с пневматической или механической аэрацией. При пневматической аэрации часть органических соединений может десорбироваться в атмосферу. Если скорость биохимического процесса зависит только от кинетических факторов и практически не зависит от наличия кислорода и числа микробных тел, то применяют биофильтры, окислительные пруды и водоемы.[ ...]

Биохимическая очистка воды от органических примесей является достаточно разработанным и надежным процессом. В основе этого процесса лежит жизнедеятельность микроорганизмов, которые используют в качестве питательных веществ и источников энергии органические и минеральные вещества, содержащиеся в сточных водах. Эти процессы аналогичны процессам, происходящим при самоочищении водоемов.[ ...]

Очистка сточной воды от сероводорода, а также и других примесей (формоль до 90 мг/л, формальдегид до 16 мг/л) осуществляется в аэротенках на одном из предприятий в Казани. Следует отметить, что биохимический процесс угнетается при концентрации формальдегида 1000 мг/л. Значение pH стоков поддерживается в интервале 6,5-7,5, ХПК (химическое потребление кислорода) равно 100-170 мг/л 02. За 15 ч аэрирования в аэротенках содержание сероводорода снижается с 20 до 2 мг/л. При снижении pH стоков ниже 6 процесс очистки от сероводорода ухудшается, а при pH [ ...]

Биохимические процессы расщепления с последующей минерализацией органических соединений могут протекать как в аэробных, так и в анаэробных условиях. При оценке возможного влияния ПАВ на процессы очистки сточных вод, состояние водоемов и определении эффективности их удаления решающее значение имеют аэробные условия, характерные как для водоемов, так и для преобладающих типов очистных сооружений (аэротенков, биофильтров).[ ...]

Биохимическая очистка сточных вод может осуществляться в аэротенках, представляющих собой резервуар или открытый бассейн, где очистка стоков происходит под воздействием микроорганизмов активного или в присутствии кислорода воздуха. Для интенсификации процессов биологической очистки сточных вод выявлена целесообразность подачи в аэротенки вместо воздуха 90 %-ного технического кислорода. При этом процесс очистки стоков ускоряется в 4-5 раз.[ ...]

Биохимическая очистка производственных сточных вод возможна в тех случаях, когда они содержат: органические вещества, способные окисляться в результате биохимических процессов в количестве, допускающем биологическую очистку (по ВПК); питательные вещества (азот, фосфор, калий и др.) в количестве, достаточном для жизнедеятельности микроорганизмов при очистке сточных вод; допустимую концентрацию вредных веществ, при которой не нарушается жизнедеятельность микроорганизмов, и имеют допустимую реакцию среды.[ ...]

При очистке сточных вод важное значение имеет окисление содержащихся в них органических веществ и других восстановителей, так как эти вещества, поступая в водоем, подвергаются в нем химическому И биохимическому окислению за счет растворенного в воде кислорода, жизненно необходимого для водной фауны и флоры. Поэтому лучше провести процесс окисления до сброса сточных вод в водоем.[ ...]

Сточные воды направляются на биофильтры после их осветления в первичных отстойниках. При фильтрации сточных вод через слой загрузки происходит адсорбция биологической пленкой тонко диспергированных веществ, оставшихся в жидкости после первичных отстойников, а также коллоидных и растворенных веществ. Органическая часть загрязнений, задержанных биопленкой, подвергается биохимическому окислению (минерализации) при помощи аэробных бактерий. Кислород, необходимый для жизнедеятельности бактерий, поступает в тело биофильтра путем его естественной или искусственной вентиляции. Величину нагрузки на капельные биофильтры определяют по их окислительной мощности (ОМ). Окислительная мощность - это количество кислорода, получаемое с 1 м3 фильтрующего материала в сутки для снижения БПК направляемых на биофильтры сточных вод. Сущность процесса биологической очистки сточных вод на биофильтрах не отличается от процесса очистки на полях орошения и полях фильтрации. Однако вследствие искусственно созданных благоприятных условий для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов процесс биохимического окисления в биофильтрах происходит значительно интенсивнее, чем на полях орошения и полях фильтрации. Поэтому и размеры сооружений для биологической очистки сточных вод в искусственно созданных условиях во много раз меньше сооружений в естественных условиях.[ ...]

Биохимический процесс окисления органических веществ сточных вод (биохимическое окисление) происходит при содействии микроорганизмов-минерализаторов в две фазы: в первой фазе происходит окисление органических веществ, содержащих преимущественно углерод, и азотсодержащих веществ - до начала нитрификации. Поэтому первую фазу часто называют углеродистой. Вторая фаза включает процесс нитрификации, т. е. окисление азота аммонийных солей в нитриты и нитраты. Вторая фаза протекает приблизительно 40 суток, т. е. значительно медленнее, чем первая фаза, занимающая примерно 20 суток, и требует значительно больше кислорода. Биохимическая потребность в кислороде (БПК) учитывает только первую фазу окисления. В природе, однако, трудно разделить обе фазы окисления, так как они происходят почти одновременно. При расчете самоочищающей способности водоемов для решения вопроса о необходимой степени очистки сточных вод до выпуска их в водоем учитывается только первая фаза окисления, так как для второй фазы практически трудно получить данные.[ ...]

Процесс очистки сточных вод при фильтрации их через почву «а полях фильтрации и полях орошения - это совокупность сложных физико-химических и биохимических процессов. Сущность его состоит в том, что при проходе сточных вод через почву в верхнем ее слое задерживаются взвешенные и коллоидальные вещества, образующие на поверхности частичек почвы густо заселенную микроорганизмами пленку. Эта пленка адсорбирует на своей поверхности органические вещества и переводит их в растворимое состояние. Используя кислород, проникающий в поры почвы, микроорганизмы перерабатывают растворимые органические вещества в минеральные соединения. Таким образом, наличие воздуха в почве, а следовательно, и разрыхленность ее являются необходимыми условиями для нормального протекания процесса очистки. Верхние слои почвы (0,2- 0,3 м) находятся в более благоприятных условиях кислородного режима, поэтому в них окисление органических веществ, а также процесс нитрификации происходит более интенсивно. Пригодность почв для полей фильтрации, а следовательно, и нагрузки на них определяются их гранулометрическим составом и влагоем-костью. Для увеличения производительности полей фильтрации на них часто подают предварительно осветленную (отстоенную) сточную воду.[ ...]

При биохимической очистке сточных вод азот является необходимым биогенным элементом. Появление в очищаемой воде нитритов и нитратов свидетельствует о высокой степени минерализации органических загрязнений. При глубокой очистке сточных вод азот переходит в нитраты и молекулярный азот, который выделяется в атмосферу - происходит процесс денитрификации сточных вод.[ ...]

Биохимическое разрушение органических веществ может осуществляться в анаэробных и аэробных условиях. Анаэробная очистка сточных вод производится с помощью анаэробных мик-рооргапизмов-минерализаторов, т. е. не нуждающихся в кислороде. Конечными продуктами анаэробного распада (сбраживания) органических веществ являются газы СН4 (метан), СОг (углекислый газ, диоксид углерода), Ш (водород), N2 (азот), Нг5 (сероводород). Кроме того, в воде остается некоторое количество жирных кислот, сульфидов, гуминовых веществ и других трудноразлагаемых соединений. Анаэробный процесс осуществляется в двух характерных температурных областях: 20- 35 °С (мезофильпое сбраживание) и 45-55 °С (термофильное сбраживание). При термофильном процессе увеличивается скорость минерализации (сбраживания) и происходит более глубокий распад органических веществ. Анаэробный метод применяют при очень большой концентрации органических веществ в производственных сточных водах, чаще для минерализации органических осадков сточных вод.[ ...]

Биохимическая очистка сточных вод П системы канализации. Высокое содержание солей не позволяет взять стоки ЭЛ0У в систему оборотного водоснабжения как подпитку. Поэтому стоки перед сбросом в водоем проходят биохимическую очистку. Биохимическая очистка сточных вод может осуществляться отдельно или в смеси с бытовыми сточными водами, прошедшими механическую и физико-химическую очистку. Применяют одноступенчатую и двухступенчатую биохимическую очистку (рис. 36). Основным сооружением, где проходит биохимический процесс, является аэротенк. Процесс очистки стоков ЭЛ0У в аэротенке может идти в одну или две ступени. При одноступенчатой очистке в аэротенке продолжительность аэрации составляет 6-8 ч, удельный расход воздуха 20-25 м9/м3, концентрация активного ила по сухому веществу 2-3 г/л, количество циркулирующего активного ила 50-705? от расхода сточных вод.[ ...]

При очистке производственных сточных вод сложным является выбор последующей их доочистки. Биохимическая очистка эффективна только при загрязнении сточных вод «биологически мягкими» ПАВ, в то время как промышленность в своих технологических процессах использует в достаточно большом количестве биохимически плохо окисляемые ПАВ. В этом случае приходится ориентироваться на деструктивные методы, в частности, на озонирование, что не только осложняет, но и сильно удорожает очистку сточных вод.[ ...]

Биохимическая очистка является одним из основных методов очистки сточных вод НПЗ как при повторном их использовании в системах оборотного водоснабжения, так и щи сбросе их в водоем. В настоящее время основным сооружением биохимической очистки сточных вод является аэротенк. Однако большая продолжительность обработки сточных вод в аэротенках, значительная емкость сооружений,большой расход воздуха и электроэнергии заставляют искать пути интенсификации этого процесса для снижения капитальных и эксплуатационных затрат.[ ...]

При фильтровании через фильтры взвешенные вещества, состоящие почти полностью из активного ила, кольматируют верхние слои загрузки, в связи с чем потери напора в этих фильтрах увеличиваются не по прямой (как в водопроводных фильтрах), а по параболической кривой. Опыт работы фильтров Зеленоградской станции показывает, что, попадая в более глубокие слои загрузки, организмы активного ила начинают расти, что создает дополнительные потери напора. Именно это является одной из основных особенностей работы зернистых фильтров при очистке сточных вод. Накопившиеся в загрузке фильтра микроорганизмы осуществляют и биохимический процесс разложения органического вещества сточных вод, поэтому при фильтровании биологически очищенных сточных вод значительная часть растворенного кислорода (около 30%) теряется.[ ...]

В процессе очистки сточных вод НПЗ образуется в основном два вида отходов: нефтешлам от сооружений механической и физикохимической очистки и активный ил сооружений биохимической очистки. При существующей на НПЗ системе канализации нефтешлама образуется около 5000 т в год на каждые I млн.т перерабатываемой нефти. При расчетах принимается следующий состав шлама, %; нефтепродуктов - 20, механических примесей - 5, воды - 75.[ ...]

Контроль процессов биохимической денитрификации проводится аналогично контролю процессов биологической очистки сточной воды в аэрационных сооружениях, и при этом особое внимание уделяется оценке форм и концентраций соединений азота.[ ...]

Сущность процесса биологической очистки сточных вод на полях состоит в том, что в процессе фильтрации через почву органические загрязнения сточных вод задерживаются на ней, образуя биологическую пленку, населенную большим количеством микроорганизмов. Пленка адсорбирует коллоидные и растворенные вещества, мелкую взвесь, и они при помощи аэробных бактерий в присутствии кислорода воздуха переходят в минеральные соединения. Атмосферный воздух хорошо проникает в почву на глубину 0,2-0,3 м, где и происходит наиболее интенсивное биохимическое окисление.[ ...]

Скорость биохимических процессов очистки сточных вод в большой степени зависит от температуры среды. При температуре сточных вод ниже 6 °С жизнедеятельность микроорганизмов, а следовательно, и их активность резко снижаются; при температуре свыше 37 °С заметно уменьшается скорость нитрификации в связи с уменьшением в воде растворенного кислорода. Оптимальной является температура 20-28 °С (в присутствии термофильных бактерий может идти аэробный процесс и при 67 °С). При этом в активном иле находится наибольшее количество видов микроорганизмов. С повышением температуры очищаемой во ды до 37 °С необходимо увеличение в 1,2 раза подачи воздуха для аэрации.[ ...]

Локальная очистка сточных вод от эмульгаторов, не способных к биохимическому распаду. Широко применяемый в промышленности в качестве эмульгатора некаль не разрушается в процессе биохимической очистки сточных вод и при известных концентрациях угнетает процессы нитрации и окисления других органических соединений. Кроме того, присутствие некаля в воде значительно ухудшает ее органолептические свойства. Возможность применения метода ионообмена для извлечения некаля из промывных вод основана на способности сильноосновных анионитов (например АВ-16) селективно обменивать ион хлора на анион вгор-бутилнафталинсульфокислоты. Регенерация анионита производится водно-спиртовыми растворами хлористого натрия. После отгонки спирта и части воды из регенерирующего раствора и охлаждения его некаль выпадает в виде кристаллов, а маточник возвращается в цикл ионообмена или регенерации.[ ...]

Последующий процесс регенерации активного ила может происходить или в самом сооружении, производящем биохимическую очистку (аэротенке), или в отдельном сооружении (регенераторе). В первом случае ко времени адсорбции прибавляется время на регенерацию, и сооружение рассчитывается на проток сточных вод по сумме времени; во втором случае сооружение (аэротенк) может быть рассчитано только на проток сточных вод по времени, необходимому для адсорбции, а регенератор рассчитывается на время регенерации только для протока в нем активного ила, расход которого значительно меньше, чем расход сточных вод. Поэтому при определенных условиях второй случай в строительном и эксплуатационном отношении может быть более выгодным, чем первый. Для того чтобы можно было решить эту задачу, проектировщик сооружений биохимической очистки сточных вод должен определять время, необходимое для процесса адсорбции органических веществ активным илом, и время, необходимое для процесса его регенерации.[ ...]

Возможность биохимического окисления СТЭКа и влияние его на процессы биологической очистки сточных вод изучались при эксплуатации модельных установок биофильтров и аэро-тенков-смесителей.[ ...]

Биологически очищенная вода содержит значительное количество аммонийного азота и фосфатов. Азот и фосфор способствуют усиленному развитию водной растительности, последующее отмирание которой приводит к вторичному загрязнению водоема. Контроль процессов биохимической денитрификации проводится аналогично контролю процессов биологической очистки сточной воды в аэрационных сооружениях, и при этом особое внимание уделяется оценке форм и концентраций соединений азота.[ ...]

Разработана технология биохимической очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов: Сг, Си2+, 2п2+, №2+, Бе2+, Ре3+. Суть метода заключается в обработке сточной воды накопительной культурой суль-фатвосстанавливающих бактерий, которые в анаэробных условиях при наличии органического питания восстанавливают содержащиеся в воде сульфаты в нерастворимые сульфиды, которые легко отстаиваются и удаляются в виде шлама. Процесс очистки происходит в специальных сооружениях - биовосстановителях.[ ...]

Одной из важнейших задач при биохимической очистке сточных вод в аэротенках является обеспечение кислородом микроорганизмов, которые производят окисление органических примесей в воде. Процесс очистки сточных вод в аэротенке состоит из ряда параллельных и последовательных стадий превращений веществ, участвующих в биохимических реакциях. Изменения, происходящие при этом с кислородом, могут быть представлены следующим образом. При подаче воздуха в воду образуются пузырьки, из которых кислород переходит в иловую смесь и, перемешиваясь, равномерно распределяется в ней. Затем растворенный кислород адсорбируется бактериальными клетками, входящими в состав хлопков активного ила, и расходуется на окисление органических веществ, также адсорбированных хлопками ила. В результате синтеза белков в клетке и деления ее образуются новые живые организмы. Кроме того, образуются продукты распада органических веществ - углекислота, вода, продукты неполного распада органических примесей, которые отводятся от хлопка активного ила в воду. Газообразные продукты распада удаляются из воды в процессе аэрации.[ ...]

Из сказанного следует, что при анализе вод, имеющих в своем составе азотсодержащие органические вещества, значение ХПК, полученное при использовании метода с КгБгОв, будет выше (за счет образования нитратов), чем при использовании обычного метода с К2СГ2О7. Для отличия первую величину целесообразно обозначить символом ХПКМ0 -Она отвечает тому химическому поглощению кислорода, которое произошло бы при очистке сточных вод в биохимических сооружениях, если бы процесс доводили до полной нитрификации азотсодержащих веществ.[ ...]

Интенсивностью прохождения процесса очистки сточных вод в том или ином сооружении определяется окислительная мощность сооружения, под которой понимается количество граммов кислорода, получаемое с 1 мъ сооружения в сутки и используемое для снижения биологической потребности в кислороде сточных вод, окисления аммонийных солей до нитритов и нитратов, а также повышения содержания в сточных водах растворенного кислорода. Величина окислительной мощности для различных вооружений колеблется в широких пределах. При повышенных требованиях к степени очистки биохимически очищенная вода подвергается фильтрации на песчаных фильтрах.[ ...]

Длительный недостаток азота при очистке сточных вод кроме торможения биохимического процесса приводит к образованию труднооседа-ющего активного ила и к потерям его в результате выноса из вторичных отстойников.[ ...]

В последнее время, главным образом при выпуске сточных вод в непосредственной близости от водохранилищ, используемых для отдыха и туризма, предусматривается так называемая «третья степень очистки» вслед за биохимической очисткой. Она состоит в выделении из сточной воды азот- и фосфорсодержащих соединений, которые, будучи биогенными элементами, могут вызвать усиленный рост водорослей в водохранилищах и тем самым нанести им вред. В процессе биохимической обработки фосфаты можно осаждать солями железа или алюминия. Нитратный азот можно удалить в промежуточной анаэробной установке с помощью бактерий, потребляющих кислород нитратов и выделяющих азот в форме N2 или ИгО, Если возможно, то, разумеется, предпочитают всю сточную воду отвести, минуя водохранилища, с помощью обводного канала.[ ...]

Большими возможностями для глубокой очистки сточных вод, в основном от растворенных нефтепродуктов, обладает биохимический метод. Его практическое применение на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах дает положительные результаты. Однако в системе предприятий для хранения и транспорта нефтепродуктов его еще предстоит внедрять. Для более глубокого понимания сущности и особенностей биохимических процессов при очистке нефтесодержащих сточных вод в книге приведены минимально необходимые научные данные. Практическое применение метода должно опираться на уже: сложившийся опыт разработки и использования сооружений биохимической очистки сточных вод вообще. В связи с этим в книге рассмотрены технологические схемы, основные вопросы устройства и проектирования сооружений биохимической очистки сточных вод и обработки осадков в масштабах современных нефтебаз и других аналогичных предприятий.[ ...]

Более универсальным методом является способ очистки сточных вод с активным илом. Активный ил, под воздействием которого происходит процесс биохимического окисления органических загрязнений, представляет собой скопления бактерий, по внешнему виду напоминающие хлопья гидроокиси железа. Образование активного ила в естественных условиях при подаче сточной воды приводит к созданию комплекса бактерий, способных потреблять различные органические вещества, содержащиеся в производственных сточных водах. Это позволяет более полно очищать сточные воды от загрязнения, чем при микробном методе. Смесь очищенной сточной жидкости и активного ила поступает во вторичные отстойники, где происходит их разделение. Основное количество ила возвращается в аэротенки для повторной работы. Прирост активного ила, определяемый экспериментально, выводится из системы. При отсутствии экспериментальных данных ориентировочно можно считать, что на каждый 1 м3 производственных сточных вод образуется -100-150 г активного ила.[ ...]

Наиболее интенсивное развитие Ciliata наблюдалось при очистке сточных вод производства белково-витаминного концентрата, что соответствовало наиболее высокому коэффициенту зооглейности биопленки (см. табл. 2.10). Сточные воды с низким биохимическим показателем «0,005) отрицательно влияют на состояние простейших. Инфузории инцистируются, образуя вокруг тела цисту - временное защитное образование шаровидной формы. Во время инцистирования все жизненные процессы замедляются и организм переходит в состояние анабиоза.[ ...]

Обработка осадков (рис. 6.22) используется тогда, когда в процессе биохимической очистки сточных вод в первичных и вторичных отстойниках образуются большие массы осадков, которые необходимо либо ликвидировать, либо утилизировать. Уплотнение осадков связано с удалением свободной влаги и является необходимой стадией всех вариантов технологических схем обработки осадков. При этом, используя гравитационный, флотационный, центробежный и вибрационный методы, в среднем можно удалить 60% влаги и сократить массу осадка в 2,5 раза.[ ...]

ПАВ неблагоприятно влияют, а иногда делают невозможной очистку сточных вод общепринятыми методами. Так, сточные воды, содержащие соли нефтяных сульфокислот, неионогенные ПАВ и др. нельзя очистить биохимическим способом, это связано с тем, что ПАВ являются ядами для биоценоза, практически не подвергаются окислению, снижают отношение биологической потребности кислорода (БПК) и окисляемости, замедляют рост активного ила и тормозят процесс нитрификации. Эффективность этого метода очистки увеличивается в 100 и более раз после предварительного удаления ПАВ.[ ...]

Для обеспечения устойчивого и эффективного удаления ПАВ сточные воды до аэрации подвергаются предварительной механической очистке. Двухчасовое отстаивание позволяет удалить легкоосаждаемые взвешенные вещества, усреднить состай сточных вод и главным образом выравнить температуру и реакцию среды. Последующее фильтрование через скорые двухслойные фильтры (антрацит-песок) приводит к более глубокому -осветлению сточных вод, что интенсифицирует процесс последующего пенообразования и снижает количество взвешенных веществ в пене. Последнее обстоятельство имеет немаловажное значение при подготовке концентрата пены к повторному ее использованию для стирки белья. Аэрация сточных вод в течение 45-60 мин при подаче сжатого воздуха с интенсивностью 25- 30 м3[м2 - ч обеспечивает удаление 80% ПАВ, т. е. снижает концентрацию их в сточных водах до 20-30 мг/л. Учитывая, что для стирки белья должны применяться моющие средства только на основе «биологически мягких» ПАВ, после такой очистки сточные воды от современных прачечных могут быть беспрепятственно сброшены в городские канализации, имеющие биохимическую очистку. Как показано исследованиями Цветковой в Академии коммунального хозяйства, после фракционирования ПАВ в пену осветленные сточные воды даже без разбавления ■можно доочищать биохимическим методом. Для промывки фильтров могут быть использованы очищенные сточные воды, при этом промывные воды, образующиеся в течение первых 5 мин, вследствие возможного высокого содержания ПАВ рекомендуется направлять в поток сточных вод, поступающих на очистку. Остальная часть сточных вод, а также осадок из отстойников могут быть сброшены в городскую канализацию.[ ...]

Разность между ХПК и БПК характеризует наличие примесей, не окисляющихся биохимическим путем, и количество органических веществ, идущих на построение клеток микроорганизмов. Для бытовых сточных вод БПКполн составляет 85-90% от ХПК- По соотношению БПКполн/ХПК можно судить о возможности применения определенного метода очистки сточных вод. Если соотношение БПК/ ХПК>0,5, то это указывает на возможность применения биохимической очистки сточной воды; при соотношении БПК/ХПК [ ...]

Тиамин, в противоположность биотинам, сам по себе не проявил физиологической активности в процессах биохимической очистки. Однако в сочетании с нафтенатами марганца и хрома тиамин увеличивает содержание углерода в активном иле при окислении алканов и кетонов. Для увеличения активности тиамина в процессах аэробной очистки сточных вод использовались соли железа, меди, марганца и цинка .[ ...]

Одним из наиболее распространенных манометрических приборов для определения газообмена в химических и биохимических процессах является прибор Варбурга. Он нашел широкое применение в биологии при изучении жизнедеятельности микроорганизмов и дыхания тканей . В области очистки сточных вод прибор Варбурга используется для изучения токсичности стоков (АКХ, МИСИ), а также для исследования интенсификации работы биохимических сооружений (Водгео).[ ...]

Большинство гетеротрофных организмов получает энергию в результате биологического окисления органических веществ - дыхания. Водород от окисляемого вещества (см. § 24) передается в дыхательную цепь. Если роль конечного акцептора водорода выполняет только кислород, процесс носит название аэробного дыхания, а микроорганизмы являются строгими (облигатными) аэробами, которые обладают полной цепью ферментов переноса (см. рис. 14) и способны жить только при достаточном количестве кислорода. К аэробным микроорганизмам относятся многие виды бактерий, гри-6¿i, водоросли, большинство простейших. Аэробные сап-рофиты играют основную роль в процессах биохимической очистки сточных вод и самоочищении водоема.

В составе любых сточных вод присутствуют компоненты органического и неорганического происхождения. Если от неорганических крупных и плотных включений легко избавиться методами механической фильтрации, то от сложных органических составляющих, присутствующих в воде в виде взвеси избавиться таким способом не получится. Для этого понадобится биохимическая очистка сточных вод. Данная методика не менее эффективная и не такая дорогостоящая, как искусственные методы очищения. Кроме того, такой способ очистки не требует выполнения сложного процесса утилизации используемых реагентов.

Биохимический способ очистки основан на использовании специальных бактерий, которые в ходе своей жизнедеятельности расщепляют сложные органические соединения на более простые элементы – воду, углекислый газ и минеральный осадок.

Эти бактерии постоянно присутствуют в почве и воде, где они способствуют естественному очищению почвы и воды. Но поскольку их концентрация невысока, процессы естественного очищения протекают довольно медленно.

В очистных сооружениях, где применяется способ биохимической очистки, присутствуют огромные колонии бактерий, участвующие в переработке стоков. При этом в этих сооружениях создаются благоприятные условия для жизнедеятельности микроорганизмов, что позволяет значительно ускорить процессы очищения воды в сооружении в сравнении с естественным очищением в природе.

Как правило, при биохимической очистке используется один из двух видов бактерий либо их комбинация:

• Аэробные микроорганизмы перерабатывают сложные органические соединения. В результате окисления они расщепляются на воду, минеральный осадок и углекислый газ. Главная особенность этих бактерий в том, что они нуждаются в кислороде, поэтому конструкции с их использованием оборудуются аэраторами и компрессорами.
• Анаэробные микроорганизмы в небольшом количестве всегда присутствуют в стоках. Эти бактерии не нуждаются в кислороде. Однако им нужен углекислый газ и нитраты, чтобы вести свою жизнедеятельность. Эти организмы в процессе жизни выделяют метан, поэтому в сооружении необходимо использовать систему вентиляции.

Способы биохимической очистки

Сегодня используются следующие биохимические методы очистки сточных вод:

1. Биологические пруды.
2. Конструкции с использованием аэробных методов очистки – аэротенки и биофильтры.
3. Очистные устройства с анаэробным разложением (септики, отстойники и метантенки).

Биопруды

Это искусственные водоёмы небольшой глубины (0,5-1 м), в которых стоки проходят процессы, очень напоминающие природное самоочищение. Эти пруды хорошо прогреваются солнцем, поэтому в них создаются благоприятные условия для жизни бактерий.

Самый высокий санитарный эффект прудов достигается в тёплое время года. Так, колонии кишечной палочки уничтожаются на 99 %, вредоносные микроорганизмы кишечной группы полностью истребляются, окисляемость среды снижается на 90 процентов, а концентрация аммонийного и органического азота уменьшается на 97 %.

Важно: такой способ очистки можно использовать и зимой. Пруды могут функционировать под слоем льда. Только с него нужно обязательно счищать снег, чтобы к бактериям поступал солнечный свет.

Биологические пруды бывают нескольких видов:

• Проточные водоёмы , в которых стоки разбавляются речной водой. После отстойника стоки смешиваются с водой в соотношении 1 к 3-5. Здесь жидкость очищается на протяжении 14-21 дня. Пруд подходит для разведения рыбы и выращивания уток. Недостаток состоит в необходимости сооружения отстойника, потребности в речной воде.
• Проточные пруды , в которых стоки не разбавляются речной водой. Этот способ очистки предусматривает прохождение сточной водой каскада из 4-5 водоёмов. В первом пруде должна быть преграда для сдерживания твёрдого осадка, а последний пруд годится для разведения рыбы.
• Водоёмы для доочистки стоков используются на станциях биологической очистки, где не удаётся переработать большие объёмы стоков или требуется добиться высокой степени очищения. Обычно вся система состоит из 2-3 прудов, в которых тоже можно разводить рыбу.
• Анаэробные пруды достигают нескольких метров в глубину. Здесь используются анаэробные способы очистки. Главными недостатками таких прудов является то, что в окружающую среду постоянно выделяется метан, также патогенные бактерии могут попасть в грунтовые воды.
• Контактные водоёмы . Принцип очистки здесь основан на том, что в стоячей воде процессы биохимического окисления протекают намного быстрее. Система состоит из серии параллельно расположенных карт. Вода переходит из одного водоёма в другой каждый день. Процесс полной очистки выполняется за 5-10 дней.

Станции очистки с аэробным разложением

К таким сооружениям относятся биофильтры и аэротенки. Принцип работы биофильтра основан на том, что загрязнённые воды сначала проходят стадию механической очистки. Через некоторое время начинается обрастание загрузки (части биофильтра) биологической плёнкой. Этот процесс протекает благодаря адсорбции микроорганизмов из стоков. Только после этого начинаются процессы биохимического окисления органики.

Важно: главным условием выполнения эффективной очистки является наличие хорошей аэрации.

Биофильтр – это конструкция, заполненная крупнозернистым материалом, не поддающимся разбуханию (шлаком, галькой, щебёнкой). Поверхность этого материала орошается стоками через каждые 10-15 минут. Жидкость, прошедшая фильтр, проходит через дренажные отверстия и стекает в лотки. Аэрация биологического фильтра может быть искусственной или естественной. Искусственные способы аэрации позволяют значительно ускорить процессы биологического окисления.

Аэротенк – это очистные сооружения, в которых используются принципы естественного биологического очищения сточных вод . Однако интенсивность этих процессов намного выше. Аэрация стоков здесь выполняется посредством нагнетания воздуха при помощи аэраторов и компрессоров. Здесь функции биологической плёнки выполняет активный ил – это особые хлопья, которые состоят из взвеси микроорганизмов.

Принципы очистки в таком сооружения выглядят следующим образом:

1. Стоки, перемешанные с активным илом, попадают в длинный резервуар и продвигаются по нему.
2. Чтобы поддерживать ил во взвешенном виде и ускорять окислительные процессы, в систему постоянно нагнетается под давлением воздух.
3. По завершении окислительного процесса смесь ила со стоками попадает во вторичный отстойник, где происходит отделение активного ила от очищенных вод. Активный ил при помощи эрлифта перекачивается обратно в аэротенк.
4. После обеззараживания воду можно сливать в водоёмы.

Важно: такой способ очистки приводит к образованию большого количества активного ила, поэтому периодически его необходимо извлекать. Полученный активный ил можно использовать для удобрения полей.

Активный ил – это биомасса, состоящая из бактерий, простейших, микроорганизмов-нитрификаторов и денитрификаторов, а также грибов. В составе отсутствуют представители группы водорослей. Активный ил прекрасно адсорбирует бактерии группы кишечной палочки.

Станции очистки с анаэробным разложением

Осадок сточных вод на 95 процентов состоит из воды, на 5 – из углеводов, жиров и белков. Для обеззараживания осадка на очистных сооружениях также используются биохимические методы. Они позволяют изменить структуру осадка, в результате чего он становится быстро подсыхающим, легко поддающимся утилизации веществом.

Процессы анаэробного брожения в естественных условиях протекают с выделением метана, воды и углекислого газа. Существуют следующие виды очистных сооружений, в которых используются процессы анаэробного разложения:

• Септики – это сооружения, в которых объединяются процессы сбраживания и образования осадка. Эти конструкции подходят для обслуживания небольших объектов – загородных домов и дач. Очистка септика может делаться вручную, поскольку габариты сооружения невелики. Обычно эта процедура выполняется 1-2 раза в год. Сброженный осадок из септика нельзя использовать в качестве удобрения, поскольку он представляет угрозу для окружающей среды. Перед утилизацией осадка его необходимо обеззаразить, подогрев до 60 градусов. Септики могут состоять из 1, 2 или 3-х камер. Эти конструкции подходят для предварительной очистки стоков, после чего они нуждаются в доочистке на полях фильтрации, в фильтрационных колодцах или канавах.
• Метантенки . Здесь сбраживание осадка выполняется при искусственном подогреве. Сюда стоки попадают после первичного отстойника. Метантенк – это закрытый резервуар, в котором выполняется анаэробная переработка осадка. В таких конструкциях новый осадок постоянно перемешивается со зрелым. Эффективность работы всей конструкции зависит от количества зрелого осадка. Чем его больше, тем лучше.
• Двухъярусные отстойники отличаются от септиков тем, что в них устранены многие их недостатки. Так, в жидкие стоки не могут попадать газы, выделяющиеся при разложении осадка. В этих конструкциях процесс брожения может длиться от 1 до 6 месяцев. При этом над двухъярусным отстойником стоит уловитель газов. Сброженный осадок подаётся для высушивания на иловые плантации. Разложение органики в отстойнике протекает намного быстрее и эффективнее, чем в септике. Такие конструкции не используют в средних широтах, поскольку зимой сбраживание осадка невозможно выполнить.

Биологический (биохимический) метод очистки применяют для очистки произ­водственных сточных вод от многих растворенных органических веществ., в том числе и от нефтепродуктов.

Сточные воды, направляемые на биохимическую очистку, характеризуются ве­личиной БПК и ХПК. БПК - это биохимическая потребность в кислороде, использованного при биохимических процессах окисления органи­ческих веществ за определенный промежуток времени (2,5,8,10,20 сут) в мг О 2 на литр сточной воды (или на 1 мг вещества). Например, БПК 5 - биохимическая потреб­ность в кислороде за 5 сут, БПК полн. - полная биохимическая потребность в кислороде до окончания процесса биоокисления.

Процесс биологической очистки основан на способности микроорганизмов ис­пользовать растворенные органические вещества для питания в процессе своей жиз­недеятельности. Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы частично разру­шают их, превращая в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы. Другая часть вещества идет на образование биомассы. Такое разрушение органических веществ на­зывают биохимическим окислением.

Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки сточных вод. 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 активном иле. Активный ил состоит из живых организмов и твердого субстрата. Живые организмы представляют собой сообщество множества видов микроорганизмов, называемых биоценозом.

Живые орга­низмы представлены скоплениями бактерий и одиночными бактериями, простейши­ми, червями, плесневыми грибами, дрожжами и редко - личинками насекомых, рач­ков, водорослями. Это сообщество называется биоценозом. Биоценоз активного ила представлен в основном двенадцатью видами микроорганизмов и простейших.

Анаэробные методы очистки протекают без доступа кислорода, их ис­пользуют главным образом для обезвреживания осадков.

Качество ила определяется скоростью его осаждения и степенью очистки воды. Крупные хлопья оседают быстрее, чем мелкие. Процесс биохимического окисления протекает интенсивнее в мелких, взвешенных хлопьях ила, так как при этом облегчается и ускоряется внутренняя диффузия органических примесей, т.е. диффузия их во внутриклеточном пространстве организмов. Именно по этой причине для эффектив­ности процесса активный ил должен систематически перемешиваться в сооружении очистки. Состояние ила характеризует иловый индекс, который представляет собой отношение объема неосаждаемой части активного ила к массе высушенного осадка после 30-минутного отстаивания. Чем хуже оседает ил, тем более высокий иловый индекс он имеет.

Биопленка растет на наполнителе биофильтра, она имеет вид слизистых обрас­таний толщиной 1-3 мм и более. Цвет ее меняется с изменением состава сточных вод от серовато-желтого до темно-коричневого. В биоценозе биопленки более расширен­ный видовой состав, чем в активном иле. Личинки комаров, мух, клещей поедают ак­тивный ил и биопленку и тем способствуют более рыхлой их структуре, что, в свою очередь, как уже было сказано выше, способствует большей эффективности очистки.

Показатель, характеризующий биохимическую деятельность биоценоза назы­вается биохимической активностью. Этот биохимический показатель зависит от со­става примесей в сточной воде, и является параметром, необходи­мым для расчета и эксплуатации очистных сооружений при биологической очистке. Этот показатель определяется как отношение БПК ПОЛН /ХПК и колеблется в очень широком диапазоне для различных сточных вод. По биохимическому показателю производственные сточные воды делятся на четыре группы. Первая группа имеет са­мый высокий биохимический показатель выше. Именно эту группу составляют сточ­ные воды пищевой промышленности. Чем больше в сточной воде минеральных при­месей в сравнении с органическими, тем ниже биохимический показатель, и тем со­ответственно ниже биоразлагаемость сточных вод.

На эффективность биохимической очистки влияют ряд факторов:

Температура (20-30ºС);

Аэрация кислорода (количество растворенного в воде кислорода);

Присутствие в сточной воде биохимических элементов и их соединений (таких как N, P,K,Ca и другие).

В искусственных условиях очистку проводят в аэротенках или в биофильтрах.

Аэротенками называют железобетонные аэрируемые резервуары, в которых биохимическое окисление проходит по мере протекания через них смеси сточной во­ды и активного ила. Аэрация необходима для насыщения воды кислородом и поддер­жания ила во взвешенном состоянии.

Одна из схем биологической очистки с приме­нением аэротенка показана на рис.1.

Рис. 1. Схема биологической очистки сточных вод

Сточную воду направляют в первичный отстойник, куда для улучшения осаж-дения взвешенных частиц можно добавить избыточный активный ил из вторичного отстойника. При этом активный ил работает и как коагулянт, агрегирующий и осаж­дающий взвешенные примеси. Затем осветленная вода поступает в преаэратор-усреднитель, в который также направляется часть избыточного ила из вторичного от­стойника. В преаэраторе сточные воды усредняются, аэрируются в течение 15-20 мин и здесь происходит первичное окисление, т.е. очистка от наиболее легко окисляемых примесей. Кроме того, в преаэраторе извлекаются за счет сорбции активным илом ионы тяжелых металлов и другие токсичные вещества, неблагоприятно влияющие на процесс биохимического окисления.

Из преаэратора сточная вода поступает в собственно аэротенк, в котором про­исходит основной этап биохимического окисления. Перед аэротенком сточная вода должна содержать не более 150 мг/л взвешенных веществ (для этого и работает пер­вичный отстойник), температура сточной воды должна быть не ниже 20 и не выше 30°С, рН - в пределах 6,5-9. Время аэрации в аэротенке определяется расчетом: обычно принимается до 10, иногда до 20, но не менее двух часов.

После биохимического окисления в аэротенке вода с хлопьями активного ила (биомасса его в аэротенке увеличивается) поступает во вторичный отстойник, где ак­тивный ил отделяется в виде шлама и утилизируется, частично возвращаясь в преаэратор и в аэротенк, а основная масса избыточного ила используется в качестве удобрения на полях. Очищенная вода из вторичного отстойника собирается через вы­пускной лоток.

Биохимические (биологические) методы применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических (сероводород, сульфиды, аммиак, нитриты) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности, так как органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода.

Биохимическое окисление

Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы частично разрушают их, превращая в воду диоксид углерода, нитрит· и сульфат-ионы и др. Другая часть вещества идет на образование биомассы. Разрушение органических веществ называют биохимическим окислением.

Биохимическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов-водорослей, грибов и т.д., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоз, симбиоз и антагонизм). Главенствующая роль в этом сообществе принадлежит бактериям, число которых варьирует от 10 6 до 10 14 клеток на 1 г сухой биологической массы (биомассы). Число родов бактерий может достигать 5... 10, число видов - нескольких десятков и даже сотен. Сообщество микроорганизмов представлено одними бактериями в том случае, если очистку проводят в анаэробных условиях (в отсутствие растворенного в воде кислорода). В производственных сточных водах встречается до 30 видов Bacterium. Эти бактерии усваивают нефть, парафины, нафтены, фенолы и другие соединения.

Среди бактерий в очистных сооружениях сосуществуют гетеротрофы и автотрофы, причем преимущественное развитие та или иная группа получает в зависимости от условий работы системы. Эти две группы бактерий различаются по своему отношению к источнику углеродного питания. Гетеротрофы используют в качестве источника углерода готовые органические вещества и перерабатывают их для получения энергии и биосинтеза клетки. Автотрофные организмы потребляют для синтеза клетки неорганический углерод, а энергию получают за счет фотосинтеза, используя энергию света, либо хемосинтеза путем окисления некоторых неорганических соединений (например, аммиака, нитритов, солей двухвалентного железа, сероводорода, элементарной серы и др.).

Микроорганизмы способны окислять многие органические вещества, но для этого требуется разное время адаптации. Легко окисляются бензойная кислота, этиловый и амиловый спирты, гликоли, хлоргидриды, ацетон, глицерин, анилин, сложные эфиры.

Вещества, находящиеся в сточных водах в коллоидном или мелкодисперсном состоянии, окисляются с меньшей скоростью, чем вещества, растворенные в воде.

Сточные воды, направляемые на биохимическую очистку, характеризуются величиной ВПК и ХПК.

ВПК - биохимическая потребность в кислороде, или количество кислорода, использованного при биохимических процессах окисления органических веществ (не включая процессы нитрификации) за определенное время инкубации пробы (2, 5, 8, 10, 20 сут), мг O 2 /мг вещества. Например, БПК 5 - биохимическая потребность в кислороде за пять суток; БПК п - полная биохимическая потребность в кислороде до начата процессов нитрификации, т.е. до появления нитритов в количестве 0,1 мг/л (примерно 20 сут), мг O 2 /мг вещества;

ХПК - химическая потребность в кислороде, определенная бихроматным методом, т.е. количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, необходимого для окисления всех восстановителей, содержащихся в воде, мг Ог/мг вещества.

Биохимической активностью микроорганизмов называют биохимическую деятельность, связанную с разрушением органических загрязнений сточных вод. Возможность биохимического окисления (биоразлагаемость сточных вод) характеризуется биохимическим показателем, т.е. отношением ΒΠΚ полн /ΧΠΚ. Его значение колеблется в широких пределах для различных групп сточных вод: промышленные сточные воды имеют низкий биохимический показатель (0,05...0,3), бытовые сточные воды - свыше 0,5. При отношении (БПК/ХПК) 100% = 50% вещества поддаются биохимическому окислению. При этом необходимо, чтобы сточные воды не содержат и ядовитых веществ и примесей солей тяжелых металлов. Биохимический показатель необходим для расчета и эксплуатации сооружений для очистки сточных вод.

Для возможности подачи сточных вод на биохимическую очистку устанавливают максимальные концентрации токсичных веществ, которые не влияют на процессы биохимического окисления (МК 6) и на работу очистных сооружений (МК б.о.с.). Для неорганических веществ, которые практически не поддаются биохимическому окислению, также устанавливают максимальные концентрации, при превышении которых воду нельзя подвергать биохимической очистке.

Оптимальной температурой для аэробных процессов, происходящих в очистных сооружениях, считается 20..30°С, при этом биоценоз при прочих благоприятных условиях представлен наиболее разнообразными и хорошо развитыми микроорганизмами. Микроорганизмы хорошо развиваются при оптимальных температурах и сохраняют свою жизнеспособность при колебаниях температур в значительных диапазонах.

Концентрация водородных ионов существенно влияет на развитие микроорганизмов. Значительная часть бактерий развивается лучше всего в среде нейтральной или близкой к ней, однако имеются виды, хорошо развивающиеся в кислой среде с pH 4...6 (грибы, дрожжи) или, наоборот, в слабощелочной среде (актиномицеты). Биологическая очистка наиболее эффективна, если значение pH не выходит за пределы 5...9, оптимальной считается среда с pH 6,5...7,5. Отклонение pH за пределы 5...9 уменьшает скорость развития.

Для нормального процесса синтеза клеточного вещества, а следовательно, и для эффективного процесса очистки сточной воды в среде должна быть достаточная концентрация всех основных элементов питания - органического углерода (БПК), азота, фосфора. Кроме основных элементов состава клетки (С, Ν, О, Н) для ее построения необходимы в незначительном количестве и другие компоненты. Достаточность элементов питания для бактерий в сточных водах определяется соотношением БПК: N: Р (азот аммонийных солей или белковый и фосфор в виде растворенных фосфатов).

Токсичным действием на биологические процессы могут обладать органические и неорганические вещества. Токсичное действие может быть и микробостатическим, если задерживаются рост и развитие микроорганизмов, и убивающим (микробоцидным). Большинство веществ проявляет то или иное действие в зависимости от концентрации их в очищаемой смеси.