7.3. Сооружения для биологической очистки.

Для биологической очистки сточных вод на очистных сооружениях применяют биологические фильтра (биофильтры), аэротенки или окситенки. В качестве фильтрующего материала используют шлак, щебень, керамзит и т.п.

При очистке сточных вод биологическим методом стоки обрабатывают в аэробных или анаэробных условиях. При аэробных процессах создается активный ил (совокупность микроорганизмов, принимающих участие в процессе биологической очистки сточных вод), активная пленка, а при анаэробных – септический или сброшенный осадок. Как и в случае аэробной, в анаэробной очистке происходит процесс минерализации органических загрязнений. Скорость процесса минерализации в обоих случаях зависит от величины поверхности участвующих в окислительном процессе микробов, от их контакта с загрязняющим воду веществом.

На всех очистных сооружениях, работающих в аэробных и анаэробных условиях, механизм очистки сточных вод сводится к двум процессам:

1. Адсорбция загрязняющего воду вещества на активном компоненте (активном иле, биологической пленке или на септическом иле и т.д.);

2. Минерализация загрязнений микроорганизмами.

7.4. Аэробные процессы очистки сточных вод

Жидкую фазу сточной воды в аэробных условиях очищают на сооружениях: а) аэротенках; б) биофильтрах различных конструкций; в) биологических прудах; г) полях орошения и полях фильтрации (почвенные методы очистки).

Биологические фильтры. Биофильтрами или аэрофильтрами называются очистные сооружения, состоящие из шлака, щебня, и других материалов, орошаемых сточной жидкостью, прошедшей первичный отстойник.

По конструкции и производительности (на 1м загрузочного материала), биологические фильтры подразделяются на капельные, высоконагружаемые, башенные и пластмассовые.

В капельном фильтре орошение поверхности производится равномерно с

небольшими промежутками. Поступление воздуха в сооружение происходит

путем естественной вентиляции через открытую поверхность биофильтра и дренаж.

Капельные фильтры требуют тщательной эксплуатации. При перегрузке органическими веществами поверхность фильтра быстро заиливается, и работа сооружения резко ухудшается.

Высоконагружаемые биофильтры или аэрофильтры отличаются от капельных высокой окислительной мощностью, которая достигается особенностью их устройства. В таких сооружениях крупность зерен загрузки больше, чем в капельных фильтрах. Это способствует повышению нагрузки по сточной жидкости. Особая концентрация днища и дренажа обеспечивает искусственную продувку сооружения воздухом. Сравнительно большая скорость движения сточной жидкости в теле биофильтра обеспечивает постоянный вынос из него задержанных трудноокисляемых нерастворимых веществ и отмершую биологическую пленку.

На рис. 24 представлена схема биологического фильтра.

Рис. 24. Схема биологического фильтра:

1 – падающий трубопровод; 2 – дозирующий бак; 3 – спринклеры; 4 – распределительная сеть; 5 – фильтрующая загрузка; 6 – сплошное днище; 7 – дырчатое дно (дренаж);

8 – ограждающие стены; 9 – ложки в сплошном днище

В пусковой период сооружения на кусках фильтрующей загрузки выращивается биологическая пленка. Основным агентом биологической пленки является микробное население, которое окисляет органические вещества.

В биоценозы биологической пленки биофильтров входят водоросли (зеленые, сине-зеленые, диатомовые), простейшие, личинки насекомых, жучки, черви, грибы и бактерии. Зеленые и сине-зеленые водоросли разрастаются в верхних слоях биофильтра (рис. 24). Диатомовые водоросли обитают в глубинах, так как не нуждаются в световой энергии и требуют невысоких концентраций кислорода.

Все представители животного и растительного мира принимают деятельное участие в очистке сточных вод. Бактерии минерализуют органические вещества, простейшие (инфузории, корненожки) питаются бактериями, а водоросли продуцируют кислород и фитонциды (вещества, губительные для микроорганизмов). Черви прорывают ходы между частицами шлака, разрыхляют биологическую пленку и тем самым облегчают доступ в нее кислороду. Кроме того, черви, питаясь органическими веществами, переваривают и разлагают ряд стойких соединений — хитин, клетчатку.

Оценка работы биофильтра производится по окислительной мощности сооружения, под которой подразумевается количество граммов загрязнений, определенное по , которое минерализуется активной пленкой, содержащейся на 1 загрузочного материала (г/м³).

Аэротенками называются железобетонные резервуары прямоугольной формы. Они состоят из секций, разделенных продольными перегородками, не доходящими до одной торцевой стены, на 2, 3 и 4 коридора. Емкость сооружения определяется количеством сточных вод и их загрязненностью, установленной по .

На рис. 25 приведена схема аэротенка для полной очистки сточных вод.

Рис. 25. Схема аэротенка для полной очистки сточных вод:

1 – подача сточных вод; 2 – первичные отстойники; 3 – аэротенки; 4 – вторичные отстойники; 5 – насосная станция для перекачки активного ила; 6 – воздуходувная станция;

7 – возвратный активный ил; 8 – избыточный активный ил; 9 – воздуховоды; 10 – свежий осадок; 11 – избыточный активный ил в илоуплотнителе; 12 – очищенные сточные воды

При работе аэротенка через него медленно протекают подвергающиеся аэрации сточные воды, смешанные с активным илом. Подача воздуха в аэротенки производится воздухонагревательными машинами (воздуходувками, компрессорами, вентиляторами) и путем засасывания или увлечения воздуха из атмосферы механическими средствами через пористые пластинки, уложенные на дно, барботажем воздуха с помощью мешалок или созданием турбулентного течения в неглубоком потоке жидкости.

Кислород воздуха способствует жизнедеятельности микроорганизмов. Аэрация способствует большому контакту активного ила с загрязнениями сточной жидкости.

Биоценоз активного ила. В аэротенках активный ил образуется за счет суспензии сточной жидкости, адсорбции коллоидов и размножения на этом субстрате микроорганизмов.

В состав активного ила входит весь комплекс микробов сточной жидкости, в том числе и патогенная флора человека. Они адсорбируются на активном иле и в зависимости от их физиологических особенностей приспосабливаются к окружающей среде, входя в комплекс минерализаторов. Часть флоры, не приспособившейся к внешним условиям, отмирает и служит питательным веществом для микробов минерализаторов.

Кроме одноклеточных бактерий в активном иле развиваются в небольшом количестве нитчатые бактерии, дрожжи и отдельные нити плесневых грибов. Микрофауна активного ила представлена в основном одноклеточными животными – простейшими, но в нем присутствуют также более сложно организованные представители животного мира, например, коловратки и круглые черви.

Все население активного ила принимает деятельное участие в минерализации органических веществ.

Качество активного ила характеризуется иловым индексом – это объем ила в мл, занимаемый во влажном состоянии после 30-минутного отстаивания одним граммом сухого вещества.

Причинами, нагружающими работу аэротенков, являются: перегрузка очистного сооружения органическими веществами, образование анаэробных зон, недостаток биогенных элементов, резкое изменение температуры или активной реакции среды, попадание в очищаемую воду токсических веществ и т.д.

В процессе работы аэротенков сточная жидкость, после отстаивания в первичном отстойнике, поступает в аэротенк и смешивается с активным илом. Эту смесь усиленно аэрируют воздухом на всем протяжении аэротенка. Данный процесс обеспечивает сооружение кислородом и поддерживает активный ил во взвешенном состоянии. После прохождения аэротенка данная смесь поступает во вторичный отстойник, где происходит отделение ила от очищенной сточной воды. Осветленная жидкость поступает в обеззараживающую установку, а затем спускается в водоем. Активный ил после регенерации во вторичном отстойнике вновь поступает в аэротенк и смешивается с вновь поступающей на

очистку сточной жидкостью.

Аэротенк может работать круглый год, так как и при низких температурах протекает процесс минерализации органических веществ. Однако в зимнее время процессы нитрификации очень замедляются.

После прохождения аэротенков наблюдается резкое снижение количества бактерий, например, снижение кишечной палочки по сравнению с исходной водой достигается 98 % (от начального количества).

Снижение количества бактерий происходит за счет адсорбции их активным илом и другими факторами.

Контроль за работой аэротенков. Производится на очистных сооружениях. Одним из методов контроля является определение величины БПК и ХПК (биохимическое и химическое потребление кислорода). Загрязнение сточных вод органическими примесями характеризуется количеством кислорода, которое необходимо израсходовать на окисление этих органических веществ в процессе биологической очистки (окисления) стоков. В зависимости от состава загрязнений и температуры сточной жидкости потребление кислорода, идущего на процесс окисления, различно. Основным показателем степени загрязненности сточных вод органическими веществами является биохимическое потребление кислорода — БПК. Индекс БПК показывает биохимическую потребность в кислороде (мг/л) по истечении времени в сутках.

Величина потребления кислорода по истечении одних суток составляет 21 % от полной его потребности, через 5 суток – 68 %, 20 суток – 100 %, таким образом . В ряде случаев величина БПК не характеризует полностью степень загрязненности сточных вод, т.к. часть кислорода может расходоваться и на протекание химических реакций в сточной жидкости. Полное потребление кислорода на протекание биохимических процессов характеризуется величиной ХПК. . Для бытовых сточных вод величина

Как уже отмечалось, в аэротенках идет процесс биохимической очистки стоков с помощью активного ила (совокупности микроорганизмов), способного перерабатывать различные органические вещества с последующей их минерализацией. В составе активного ила аэротенков встречаются более 440 видов различных групп микроорганизмов.

Большинство из этих микроорганизмов являются индикаторами работы аэротенков и всех очистных сооружений. В зависимости от физиологического состояния активного ила можно судить о работе очистных сооружений. При анализе физиологического состояния активного ила учитываются следующие показатели:

1. Преобладание групп и видов организмов.

2. Степень упитанности (хорошая, удовлетворительная, слабая) или степень прозрачности цитоплазмы.

3. Состояние сократительных (пульсирующих) вакуолей. При плохих условиях пульсация нарушается.

4. Форма тела микроорганизмов. Так при хорошей упитанности форма тела расширенная. При слабой вытянутая. При недостатке кислорода может произойти раздувание тела вплоть до его разрыва. Наличие токсических веществ в сточной жидкости вызывает уродство у микроорганизмов (вмятины, складки, асимметрия и т.д.).

5. Состояние ресничного диска. У инфузорий он обычно открыт и закрывается лишь при отклонении от нормы (избыток растворенной органики, наличие токсичных веществ).

6. Интенсивность работы ресничного аппарата зависит в первую очередь от температуры и химического состава среды обитания.

7. Размеры микроорганизмов (нормальные, укрупненные, мелкие). Попадание на очистные сооружения токсичных веществ с промышленных предприятий приводит к измельчанию микроорганизмов.

8. Наличие цист говорит о плохом состоянии микроорганизмов.

Также одним из основных методов контроля работы очистных сооружений (аэротенков), является количественный и качественный анализ индикаторных организмов активного ила — гидробиологический анализ. Данный анализ проводят путем микроскопирования. Этим методом определяют группы, виды или подвиды организмов-индикаторов загрязнения, оценивается их количественное соотношение, физиологическое состояние и на этой основе делается заключение о состоянии активного ила и их способности к переработке загрязнений.

Для анализа пробы берут отдельно из каждого сооружения: аэротенка, регенератора, вторичного отстойника, биофильтра.

К основным индикаторным микроорганизмам относятся:

1. Нитчатые бактерии – часто встречаются в активном или в углеродистых стоках (крахмально-паточные, гидролизные, текстильные и др.)

Если в аэротенке произойдет массовое скопление нитчатых, это вызовет вспухание ила.

2. Нитчатые серобактерии-встречаются в сточных водах, содержащих сероводород. Вначале они окисляют сероводород до серы, которая откладывается капельками внутри клеток бактерий. При недостатке кислорода процесс окисления сероводорода останавливается на этой фазе. При избытке кислорода сера окисляется до сульфатов, которые сильно подкисляют среду.

3. Плесневые грибки — чаще всего развиваются в кислой среде промышленных стоков, где нет других микроорганизмов.

4. Зоогели — это желеобразная масса различной формы. Если встречаются обособленные бактериальные клетки, это говорит о плохой работе окислителей.

5. Корненожки — они в значительных количествах встречаются в хорошо работающем активном иле.

6. Жгутиковые бесцветные — в больших количествах встречаются в перегруженном иле. В нормально работающем иле встречаются в единичных экземплярах.

7. Инфузории – постоянно присутствуют в созревшем иле. Цисты инфузорий образуются при неблагоприятных условиях (резкая смена состава стоков, поступление промышленных стоков, при недостатке питательных веществ).

8. Круглые черви – часто находятся на биофильтрах. В аэротенках встречаются в недостаточно аэрируемом иле.

При анализе работы блока биологической очистки на очистных сооружениях большое значение имеет общая характеристика активного ила, согласно которой можно выделить:

1. Удовлетворительно работающий (хороший) ил. В нем наблюдается большое разнообразие простейших по видовому составу микроорганизмов, с небольшим преобладанием какого-либо из видов. Постоянно есть зооглеи, аспидиски. Все микроорганизмы достаточно подвижны, в оживленном состоянии. Плотный, компактный хлопок ила, ил быстро оседает в виде крупных тяжелых хлопьев.

2. Голодающий ил. Наблюдаются мелкие размеры простейших, организмы становятся прозрачными, пищеварительные вакуоли исчезают, частично происходит образование цист. Хлопки ила прозрачные.

3. Нитрифицирующий ил. Ил рыхлый, всплывает после оседания. Постоянно присутствуют коловратки.

4. Перегруженный ил. Малое количественное разнообразие при количественном преобладании двух, трех. Большое количество бесцветных жгутиковых, мелких амеб.

5. Ил при залповом сбросе промышленных стоков. Происходит уменьшение разнообразия видового состава микроорганизмов, преобладает один, два. Происходит измельчение микроорганизмов. Неподвижное состояние ресничек инфузорий. Ил мелкий, загрязнен включениями промышленных стоков, может иметь бесцветные частицы, осаждается плохо. Вода над илом мутная.

6. Ил при недостатке кислорода. Многие микроорганизмы неподвижны, некоторые раздуваются, лопаются и исчезают. Преобладает большое количество жгутиковых. Хлопки ила распадаются. Вода над илом мутная.