4.3. Система активного мулу

Достатнього поширення набув метод вторинного очищення стоків - система активного мулу, що застосовується з 1914 року. Для його реалізації створюється система неглибоких біологічних ставків, в котрих йде змішування стічних вод з мулом, що утворився при попередньому окисленні стічних вод. В активному мулі багато мікроорганізмів, які завершують знешкодження ставків. В цьому випадку вода після первинного очищення поступає в резервуар, де могли б розміститися декілька припаркованих один за одним трейлерів. Суміш детрітофагів, так званий активний мул, додається у воду, коли та поступає в резервуар. У міру руху по ньому вона інтенсивно аерується, тобто створюється багате киснем середовище, ідеальне для розвитку цих організмів. В ході їх живлення кількість органічної речовини, включаючи патогенні мікроорганізми, зменшується. Покидаючи аераційний резервуар, вода містить безліч детрітофагів, тому її направляють у вторинні відстійники.

Оскільки організми зазвичай збираються в шматочках детриту, відстояти їх відносно нескладно; осадом є той самий активний мул, який знову закачують в аераційний резервуар. Таким чином, детрітофаги рециклізуются, а вода очищається від органічної речовини на 90-95%. Надлишки активного мулу, що накопичуються в процесі розмноження організмів, зазвичай об'єднують з мулом-сирцем і надалі обробляють їх разом.

4.3.1. Процес біоочищення стічних вод активним мулом

Очищення активним мулом в аеробних умовах здійснюють, в основному, в ставках або аеротенках. В практиці комунального господарства використовують одноступеневі аеротенки, багатокамерні аеротенки та окситенки. Концентрація аеробного активного мулу в аеробних системах – 1,5-10 г/л середовища (біомаса у вільному стані, біомаса у вигляді флокул з носіями завислих частинок d=0,3-0,9 мм або біомаса у вигляді іммобілізованої плівки на носіях).

З погляду екологічної біотехнології найбільш важливі аеробні процеси очищення і стабілізації стічних вод з використанням різних конструкцій реакторів, які загалом розділяються на два основні типи: гомогенні реактори та біофільтрувальні реактори, в яких нерухома біоплівка нанесена на інертний субстрат. Деякі з цих реакторів можуть бути взаємозамінні (наприклад, станції аерації і краплинні біофільтри), тоді як інші придатні тільки в спеціальних випадках. Проте, всі ці реактори повинні працювати в умовах, коли гідравлічне навантаження і навантаження по субстрату безперервно змінюються протягом доби і повсякчас. Навантаження по субстрату, окрім того, залежить від специфіки стоків, що переробляються, але гідравлічні навантаження можуть коливатися від 0,5 стоку при сухій погоді (ССП) до 3,6 ССП і навіть 8 ССП, тобто реактори працюють за вельми мінливих умов, в кращому разі в квазістаціонарному режимі.

4.3.2. Принципи аеробного очищення стічних вод в аеротенку

Процес очищення стічних вод активним мулом в аеротенках є найбільш звичайним варіантом процесів аеробного очищення стічних вод - безперервною ферментацією за допомогою біомаси мулу з подачею твердої сировини.

В порівнянні з біоплівкою, що функціонує в біофільтрах, біомаса активного мулу аеротенків має меншу екологічну різноманітність видів.

В аеротенках принцип очищення близький до природних способів, але інтенсифікований шляхом додаткового внесення кисню та повторним внесенням мулу.

Стоки забруднені органічними живильними речовинами в присутності кисню швидко інфікуються аеробною мікрофлорою, в основному бактеріальною, на 50 % перетворюючись в біомасу, решта – перегазовується.

Механізми біодеградації забруднень аеробним розкладом.

Фізико-хімічне перетворення в процесі аеробного очищення стічних вод складається з двох основних етапів: адсорбції та осадження, а хімічні перетворення на етапі адсорбції мають дві основних стадій: мінералізації та нітрифікації.

Стадії фізико-хімічного перетворення:

• адсорбція – масопередача органічних речовин і кисню з рідини до клітинної поверхні біомаси;

• дифузія – масопередача речовин і кисню всередину клітин через мембрану;

• осадження - відділення очищеної рідини від частинок активного мулу.

Біохімічне окислення органічних речовин стоків в аеротенку реалізується в дві стадії.

Стадії біохімічного аеробної біоодеградації:

• гліколіз біополімерів – ферментативний розклад біополімерів стоку;

• неповне зброджування;

• окисна мінералізація - окислення вуглецьвмісної органіки флокуло утворюючими бактеріями;

• окисна нітрифікація - біомаса мулу окисляє забруднюючі речовини білкового та мінерального азоту нітрифікаторами;

• метаболізм - відбувається біосинтез клітинних компонентів і приріст мікробної біомаси (утворення активного мулу) та відновлення своєї біоокислювальної здатності з виділенням енергії і виділення газу вуглекислоти.

Характеристика етапів аеробного біоочищення

1. Формування біосистеми. У процесах біологічного очищення бере участь складна біологічна асоціація, яка формується у вигляді активного мулу або біоплівки, проте, основною діючою скаладовою окислення забруднень стоків є мікроорганізми.

2. Адсорбція забруднень і кисню. Взаємодія стоків, які відстоялися, з повітрям і частинками активного мулу в аеротенку протягом певного часу (від 4 до 24 год і більше), залежно від вигляду стічних вод, необхідної глибини очищення, типу процесу. Мікроорганізми активного мулу адсорбують забруднюючі речовини стоків, що відстоялися, у кількості близько 150-200 мг/л завислих частинок і до 200-300 мг/л органічних речовин.

3. Мінералізація вуглецьвмісних органічних речовин.У аеробних процесах очищення частина окислюваних мікроорганізмами органічних речовин використовується в процесах біосинтезу, інша - перетворюється на нешкідливі продукти - Н₂ О, СО₂, NО₂ і ін.

4. Нітрифікація азотовмісних речовин. Коли в стічних водах, що очищаються, практично не залишається вуглецьвмісних органічних речовин, настає другий етап очищення - нітрифікація (азотвмісні речовини стоків окислюються до нітритів і далі - до нітратів). Поява в стоках, що очищаються, нітратів і нітритів свідчить про глибокий ступінь очищення.

5. Метаболізм. Приріст біомаси та біологічних комплонентів, що створюють активний мул в процесі біоочищення, залежить від концентрації забруднюючих речовин у вхідному потоці, яка не повинна перевищувати гранично допустиму. Концентрація забруднюючих речовин знижується поступово, у міру проходження стоків системою коридорів аеротенка.

6. Осадження. У вторинному відстійнику відбувається відділення великої частини вільної від твердих частинок надмулової рідини, повернення активного мулу в аеротенк. Приріст біомаси активного мулу в ході очищення призводить до його «старіння» і зниження біокаталітичної активності. Тому велика частина активного мулу після вторинного відстійника виводиться з системи, і лише частина мулу повертається в реактор.