Сущность методов биохимической очистки в искусственных аэробных и анаэробных условиях
Условная химическая формула активного ила, которая варьирует в зависимости от условий процесса очистки, имеет вид C5ОH7О2N. Основными химическими соединениями органического вещества активного ила являются белки - 56-58%, жиры - 21-22%, углеводы - 4-5% от общего органического вещества активного ила.
Отрицательное воздействие на физиологическое состояние активного ила оказывает недостаток биогенных элементов: азота, фосфора, калия, магния, кальция, серы и др. Как правило, в хозяйственно-бытовых сточных водах этого недостатка не бывает. Более того, эти элементы, особенно азот и фосфор присутствуют в избытке, и основная задача состоит в том, чтобы удалить их из очищаемой воды. Эффективность очистки сточных вод активным илом в значительной степени зависит от температуры воды. Считается, что оптимальный диапазон температур 20-25°С. Повышение температуры, особенно резкое, до 28°С и выше ведет к изменениям в структуре активного ила и ухудшению его седиментационных свойств, что нарушает работу следующих за аэротенком вторичных отстойников. Температура выше критической, которая может привести к гибели бактериальных клеток, практически не встречается при очистке хозяйственно-бытовых сточных вод. Значительно чаще на очистные сооружения поступает вода с пониженной температурой. По существующим нормативам на биологическую очистку не следует подавать сточную воду с температурой ниже 6° С. При низкой температуре, замедляется скорость окисления органического вещества, скорость адаптации микроорганизмов к новым загрязняющим веществам, поступающим на очистку. Особенно сильное воздействие пониженная температура оказывает на скорость процессов нитрификации и денитрификации. При низкой температуре ухудшаются седиментационные свойства активного ила. При практических расчетах скорость очистки сточных вод по БПК условно принимается равной единице при температуре 15°С, при другой температуре скорость очистки пересчитывается умножением на Т/15, где Т - температура воды, °С. На физиологическую активность микроорганизмов активного ила оказывает влияние величина рН. При рН среды менее 6 и более 9 эффективность очистки сточных вод резко снижается, что объясняется влиянием активной реакции среды на скорость ферментативных процессов. В условиях резко щелочной или кислой среды может произойти необратимая денатурация белков бактериальных клеток. Величина рН поступающей на очистку сточной воды обычно около 7. За счет процессов, происходящих в аэротенке, особенно нитрификации и денитрификации, активная реакция среды изменяется - при высокой эффективности очистки достигает 8 - 8,5. Это зависит также от буферности системы, в частности от величины щелочности сточной воды. Отрицательное действие на процесс биологической очистки оказывают различные токсические вещества органического и неорганического происхождения: соли тяжелых металлов (медь, ртуть, свинец, хром и др.), четыреххлористый углерод, амиловый спирт, гидрохинон, хлорбензол, хлорвинил и др. Степень влияния токсических веществ зависит от адаптированности активного ила, его дозы, температуры, рН, количества и вида других присутствующих в сточной воде загрязнений. Токсические органические вещества в концентрациях ниже предельно допустимых могут использоваться бактериями активного ила в качестве питательного субстрата и таким образом удаляться из сточной воды. Поэтому так важно устройство на промышленных предприятиях локальных очистных сооружений и соблюдение требований, предъявляемых к производственным сточным водам при приеме их на городские очистные сооружения.
Механизм действия токсических веществ различен. Например, малые концентрации синильной кислоты или ее солей инактивируют один из дыхательных ферментов - цитохромоксидазу; ПАВ снижают поверхностное натяжение, что создает неблагоприятные условия для микроорганизмов.
При окислении органического вещества в аэротенке часть его идет на построение клеток бактерий, т.е. увеличение биомассы активного ила. Образующийся в результате прироста избыточный активный ил должен регулярно удаляться из системы для поддержания заданной дозы и нормальной работы вторичного отстойника.
Самым важным свойством активного ила, позволяющим поддерживать относительно высокую биомассу бактерий в аэротенке, является его способность образовывать хлопья, оседающие при отстаивании иловой смеси. Без этого никакие другие, самые благоприятные условия не могут обеспечить работоспособность традиционного аэротенка. Величина хлопка, его плотность, компактность зависят при прочих благоприятных условиях, прежде всего от величины органической нагрузки на ил - количества органического вещества по БПК полн. в мг, приходящегося на 1 г органического вещества активного ила в сутки. Обычно аэротенки работают при нагрузках 400-500 мг/(г.сут). При нагрузке ниже 30 мг/(г.сут) активный ил теряет способность к хлопьеобразованию, хлопок распадается на отдельные бактериальные клетки, не оседающие во вторичных отстойниках, и в аэротенке невозможно поддерживать необходимую концентрацию активного ила. Обычно в аэротенках поддерживается доза активного ила 1,5-3 г/л, а при благоприятных условиях - до 4-6 г/л. Количество растворенного кислорода, поступающего в иловую смесь, должно быть достаточным для окисления поступающего органического вещества и эндогенного дыхания бактерий.
Концентрация кислорода в иловой смеси для поддержания благоприятных условий очистки рассчитывается исходя из БПКполн сточной воды.
После аэробного окисления на выходе из второичного отстойника концентрация растворенного кислорода должна быть не ниже 2 мг/л. Аэротенки, работающие при нагрузках менее 150 мг/(г.сут), называются аэротенками полного окисления или аэротенками с продленной аэрацией. В отличие от обычных аэротенков, в аэротенках полного окисления происходит более глубокая очистка сточных вод (содержание растворенных органических веществ по БПКполн. составляет около 6 мг/л). Однако, за счет более высокой концентрации взвешенных веществ БПК очищенной воды возрастает в 2 и более раз. Интенсивно идет процесс нитрификации, образуется значительно меньше избыточного активного ила, причем образующийся осадок минерализован и не требует дополнительной стабилизации. Удельный расход подаваемого в аэротенк воздуха производится по количеству органического вещества по БПК, подлежащего удалению из обрабатываемой сточной воды.
Пневматическая аэрационная система может быть представлена перфорированными трубами, пористыми дисковыми и трубчатыми элементами. Возможна также аэрация воды механическим способом.
Аэротенки со взвешенным активным илом при традиционных нормативных органических нагрузках не могут обеспечить удаление органических загрязнений сточных вод до концентраций по БПК и взвешенным веществам ниже 10-15 мг/л, при этом удаление азота составляет 30-40%, фосфора - менее 20%. С точки зрения технологии для совершенствования аэротенков наиболее перспективным является изучение совместного проведения процессов окисления органического вещества, нитрификации-денитрификации, биологического удаления фосфатов.
В большинстве мелких населенных пунктах используются очистные сооружения с биофильтрами, в качестве загрузки которых применяется щебень. Метод биосорбции сочетает преимущества физико-химических и биохимических методов очистки. В биофильтрах одновременно протекают процессы адсорбции и биохимического окисления органических веществ. Использование пористых фильтрующих материалов позволяет значительно интенсифицировать процессы биохимической очистки за счет адсорбции примесей и создания на поверхности материалов биопленки.
Загрузка ...