Организмы активного ила
В экосистеме активного ила существует множество бактерий, грибов, микроводорослей - жгутиконосцы, инфузории, коловратки, тихоходки, и.т.д .
В активном иле организмы пребывают на разных трофических уровнях. Гетеротрофные бактерии, водоросли, сапрофитные грибы и простейшие-первичные поедатели – I трофический уровень. Голозойные простейшие-II, а отдельные виды нематод, хищные коловратки, сосущие инфузории, тихоходки, хищные грибы- III трофический уровень
В ходе биореакций стоки освобождаются от растворенных, мелкодисперсных и коллоидных групп загрязнений.
Для организации биологической обработки сточных вод необходимо контролировать следующие параметры:
- достаточность питательных веществ, поступающих со сточными сливами
- их соотношение с концентрацией микроорганизмов живой биомассы
В ходе биоочистки может наблюдаться как нехватка органических веществ, так и их переизбыток. В первом случае будет наблюдаться недостаток питательной среды для микроорганизмов, ведущий к потере рабочей дозы в биоконструкции. Во втором - недостаточность оптимального качества снятия примесей.
Для того, чтобы сбалансировать нагрузку на активный ил, специалистами в этой области проводится ряд мероприятий:
- Наращивание на очистной станции прикрепленной биомассы. Для этого в аэротенках устанавливаются биозагрузки различных типов, где создаются условия для формирования биоценоза с развитым видовым составом.
- Регулировка соотношения с помощью выведения излишков активного ила, образующихся в ходе прироста новых клеток из системы биообработки. Удаление избытков иловой смеси может осуществляться как эрлифтным оборудованием, так и с помощью насосов.
- Насыщение иловой смеси оптимальным количеством кислорода сжатого воздуха. В биологические ОС сжатый воздух подается с помощью специально подобранных воздуходувок. Насыщение стока кислородом необходимо не только для самих процессов окисления, но также и для дыхания живых организмов, и хорошего смешения очищаемой жидкости с биоценозом.
В технологии биологической обработки эффективно зарекомендовала себя мелкопузырчатая аэрация с системой барботажа. Мелкие пузырьки обеспечивают насыщение бактериальной клетки растворенным кислородом, а крупные – эффективное его перемешивание с жидкостью.
Преимущества методов биологической очистки
Биологическая очистка имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами, например, с физико-химическим (далее по тексту ФХО), механическим и тд. Чаще всего данные методы применяются в комплексе друг с другом.
Биологическую очистку рекомендуется использовать в случаях, когда стоки подходят для биологического окисления, когда микроорганизмам активного ила, которые наращиваются из существующего стока, для питания достаточно органических веществ. Это хозяйственно-бытовые стоки от населения, предприятий и производственные стоки пищевых производств.
Биологический способ очистки является наиболее эффективным и простым в обслуживании, так как:
- очистка от загрязнений осуществляется за счет метаболизма микроорганизмов. Коагулянты и флокулянты для очистки воды в отличие от флотационной очистки (ФХО) не требуются;
- данный метод наиболее экономичный. ФХО требует применение большого количества дорогостоящих реагентов, которые еще к тому же дополнительно загрязняют сточные воды. Также флотатор работает 24 часа и потребляет много эл/энергии. Процесс биологической очистки осуществляется самотеком без дополнительных перекачек;
-использование биологической схемы очистки одновременно решает вопрос минерализации образовавшихся осадков и значительно сокращает их объем. При ФХО образуется гораздо больше осадка, осадок не разрешается сбрасывать на полигон ТБО и трудно поддается обезвоживанию.
Минерализованный дегельминтизированный осадок после биологических очистных сооружений соответствует 4 классу опасности и спокойно вывозится на утилизацию на полигон ТБО. По согласованию с экологическими службами может применяться в качестве с/х удобрения.- степень очистки гораздо выше. Механический метод только предварительно снимает загрязнения, а ФХО не решает вопрос с удалением азота и ряда других веществ, которые поддаются биологическому разложению.ФХО применяется в тех случаях, когда без нее нет возможности обойтись (непищевое производство или пищевое с высокими концентрациями по органике и взвешенным веществам) в качестве предварительной очистки.
Критерии успешного протекания биопроцессов
Поскольку биологические способы основаны на жизнедеятельности микробиальной массы, особое внимание необходимо уделить условиям среды, в которых протекает образование новых клеток: рН и температуре, присутствию токсичных веществ, наличию биогенных элементов.
Оптимальной температурой для успешного ведения процесса считается 12-30 0С, рН 6,5-8,5. При нарушении этих диапазонов наблюдается снижение скорости осаждения хлопьев ила, вследствии чего происходит вынос биоценоза, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на качественной характеристике очищаемой жидкости и ведет к повышению влажности осадков, выгружаемых на мехобезвоживание.
Для эффективного изъятия загрязнений и усвоения их совокупностью микроорганизмов в сточных водах должны обязательно присутствовать такие элементы, как азот и фосфор в концентрациях, адекватных количественной характеристике показателя, характеризующего биохимическую потребность в кислороде (БПК). При необеспеченности биоценоза данной подпиткой снижается его осаждающая способность и биоактивность.
Чем больше разница между соотношением показателей химической и биохимической потребностях в кислороде, тем выше наличие в обрабатываемой жидкости примесей промышленного характера, что свидетельствует и о повышении токсичности воды. К токсикантам относят: тяжелые металлы, СПАВ, нефтепродукты.
Поэтому перед проведением биологической ступени очистки, при значительном содержании выше перечисленных веществ, желательно организовывать локальную предочистку в специальных аппаратах – нефтемаслоуловителях и горизонтальных или вертикальных отстойниках с обработкой реагентами, такими как известковое молочко либо сода.
Процессы очистки
Если сказать конкретнее, то это процессы осветления сточных вод методом биологической очистки. Все остальные ступени, в большей степени являются стадиями доочистки.
Рассмотрим с вами несколько процессов очистки:
- Нитрификация
- Денитрификация
В процессе нитрификации происходит удаление аммонийного азота из сточных вод с помощью автотрофных бактерий, использующих для питания неорганический углерод. Присутствие органических веществ в воде может отразиться отрицательно, т.е. замедлить развитие нитрифицирующих бактерий.
Процесс нитрификации - это одна из ступеней разложения высокомолекулярных азотсодержащих соединений, преимущественно белковой природы.
Фазы процесса:
- Азот аммонийный (NH4) окисляется до нитритов (NO2).
- Нитриты (NO2) окисляются до нитратов (NO3)
Этот этап происходит в аэробных условиях (аэробной зоне) – аэротенках с помощью активного ила, параллельно с окислением органических веществ. Это означает, что основным окислительным элементом является воздух.
Использование неподвижного твердого носителя (биозагрузки-поливом) в них более выгодно, как с энергетической, так и с эксплуатационной точек зрения.
Преимущества сооружений с прикрепленной микрофлорой многочисленны и они становятся очевиднее в условиях, когда приоритетной задачей комплекса очистных сооружений является удаление таких элементов как азот и фосфор, поскольку в таких сооружениях можно поддерживать достаточно высокий возраст нитрифицирующей микрофлоры, а в сочетании с анаэробными микроорганизмами реализовать денитрификацию и удаление соединений фосфора.
Вторым методом удаления азота в виде N2 является доочистка в анаэробном денитрификаторе на последнем этапе биологической очистки. Там используется наша биозагрузка (ББЗ).
Сами аэробные условия создаются благодаря принудительной подаче воздуха в зону аэрации при помощи специальных вспомогательных устройств, а именно компрессоров и воздуходувок, обеспечивающих необходимое нагнетание. Рассеивание воздуха происходит при помощи аэраторов различных исполнений, а сами бактерии образуют биопленку на блоках биологической загрузки.
Эти процессы могут происходить и в естественных условиях, однако такие фазы процесса происходят очень медленно.
В процесс денитрификации происходит очищение воды от NO2 и NO3. Здесь используются гетеротрофные бактерии.
Данный этап протекает в анаэробных условиях (аноксидная зона). Она необходима для восстановления окисленных форм азота до газообразного азота:
NO3= NO2-NO=N2O=N2
Аноксидным процесс называется потому, что расщепление органических веществ ведется под влиянием химически связанного кислорода, поступающего с нитратными формами.
Важными факторами нормального протекания процесса являются контроль за поступлением свободного кислорода, растворенного в воде, оно должно быть минимально, и наличие достаточного количества органического субстрата, определяемого исходя из соотношения С:N=4:1. При нехватке легкоокисляемых веществ необходима специальная установка для подпитки стоков.
При построении технологических схем очистки аноксидные зоны могут быть реализованы либо перед аэробной очисткой, либо после нее.
Пост-денитрификация отлично зарекомендовала себя при очистке высококонцентрированных по органике стоков с небольшой концентрацией аммонийных групп.
Предвключенная аноксидная зона позволяет максимально эффективно использовать имеющийся легкоокисляемый запас в случае поступления среднеконцентрированных сточных вод.
Применение анаэробно-аэробной технологии очистки с высокопроизводительными и компактными анаэробными реакторами нового поколения позволяет удалять основную массу загрязнений (до 80-95 %) из стоков с высоким содержанием органических веществ при минимальных энергозатратах и тепловых потерях. Оставшаяся часть загрязнений разлагается в аэробных условиях на второй ступени очистки.
Сооружения биологической очистки
Представляют собой комплекс емкостей, насосного, воздуходувного и прочего оборудования, предназначенный для очистки сточных вод путем создания специальных условий для развития микрофлоры активного ила.
Далее рассмотрим основные виды биологического емкостного оборудования.
Анаэробные реакторы
Для очистки концентрированных сточных вод в технологических схемах нередко применяются двухступенчатые анаэробные сооружения.
Анаэробные реакторы I ступени нашей компании представляют собой вертикальные цилиндрические емкости, выполненные из стеклопластика, и оснащенные погружными мешалками.
Анаэробные реакторы II ступени представляют собой вертикальные цилиндрические резервуары с коническим днищем, оборудованые технологической загрузкой, на которой непрерывно развивается иммобилизованная активная биомасса. Материал стеклопластик.
При прохождении сточных вод через технологическую загрузку органическая часть растворенных, взвешенных и коллоидных веществ перерабатывается прикрепленными на ней микроорганизмами. Образующийся при этом осадок минерализуется и периодически выгружается насосами на механическое обезвоживание.
В блоки I ступени для поддержания оптимальной дозы ила идет непрерывный его возврат с помощью центробежных насосов из блоков II ступени.
На первой ступени сточные воды мгновенно смешиваются с рециркулируемым активным илом из реакторов второй ступени, обеспечивающим их анаэробную обработку и перевод трудноокисляемых веществ в доступные для последующих ступеней формы.
В блоках анаэробного реактора I ступени создаются высокие концентрации анаэробного ила за счет постоянного его возврата во взвешенной форме. При этом иловая смесь тщательно перемешивается механическим путем, что обеспечивает равномерное распределение ила в водной массе и предотвращает осаждение его на дне и загнивание.
Аэротенки
Подразделяются на смесители и вытеснители. Первые отличаются равномерным распределением стоков по всему объему сооружения. В них осуществляется полное смешение сточных вод с иловой массой. В вытеснителях же снижение содержания загрязнителей происходит постепенно при перемещении жидкости от места ввода до выпуска очищенной массы.
Также аэрационные емкости разделяются на аэротенки и биофильтры. В аэротенках механизм изъятия веществиз стоков происходит в результате деятельности взвешенной в воде активной биомассы. Аэротенки иначе можно назвать биотенками. Биотенк — аэрационное сооружение со специальной загрузкой, способствующей увеличению общего количества биомассы.
Биофильтр же оснащен специальным фильтрующим материалом, на котором образуется биологическая пленка – иммобилизованная форма. Она адсорбирует на своей поверхности примеси, которые под воздействием ферментов поглощаются живыми клетками.
Наши блоки биологической очистки работают в режиме биофильтра с затопленной технологической загрузкой и представляют собой цилиндрические емкости, по техническим особенностям разделенные на три зоны – центральную, отстаивания и периферии.
В центральной части установлена пластинчатая загрузка, на которой развивается прикрепленная аэробно-факультативная биомасса, обеспечивающая совместно с возвратным активным илом окисление органических загрязнений сточных вод. В периферийных блоках происходит доокисление органических составляющих и переток в отстойные зоны. В них стоки вначале фильтруются через взвешенный слой биоценоза, а затем проходят тонкослойные модули, где происходит разделение очищаемых вод от биомассы ила.
Биологические пруды
Представляют собой искусственно созданные водоемы, в которых аэрация сточных вод проводится естественным воздухом.
Они имеют существенный недостаток в области наращивания активного биоценоза в зимнее время. Это связано с тем, что при снижении температуры ниже 6 0С, все биологические процессы прекращаются.
Кроме того, биологические пруды требуют создания больших санитарно-защитных зон (до 200 м).
Поэтому в настоящее время применение искусственно созданных водоемов не находит широкого распространения.
Выводы
Основными преимуществами биологической очистки, проявляющимися при использовании её в различных сферах промышленности - мясной, молочной, рыбной, кондитерской, спиртовой, целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей и т.д., являются:
- Удаление широкого спектра загрязняющих веществ – азотных и фосфорных групп, нефтепродуктов, фенолов, СПАВ, соединений во взвешенной, растворенной, коллоидной формах
- Экологическая безопасность. Сложные вещества используются живой экосистемой как средство питания, при этом они перерабатываются до простых безвредных продуктов, таких как вода, диоксид углерода и т.п.
- Низкая себестоимость очистки. По сравнению с физико-химической очисткой применение реагентов сводится к минимуму.
- Использование образующегося в процессе очистки активного ила в качестве удобрений и для рекультивации почв после его обеззараживания. Он содержит большое количество питательных элементов, необходимых для роста и развития растений