Принципы биологической обработки отходов

Обработка отходов подразумевает биологическое разложение органических соединений. Использование биологической активности для удаления загрязняющих веществ из окружающей среды называют биоремедиацией. Необходимо сначала найти такую активность, а затем создать оптимальные условия для ее проявления. При этом есть две возможности: 1) стимулировать развитие активных микроорганизмов, уже имеющихся в окружающей среде; 2) интродуцировать в загрязненную область микроорганизмы с уже известными биодеградабельными способностями. Метаболические возможности микроорганизмов позволяют воздействовать даже на ксенобиотики, и при этом давать полезные продукты (газы, металлы, и т.д.).

Лекция 15 Очистка сточных вод

Биологическая очистка сточных вод по сути представляет интенсифицированную модель процессов, происходящих в природных водоемах при попадании в них избытка органических соединений. Одними из самых простых методов являются окислительные пруды и каналы. Иногда для естественного окисления загрязнений и фильтрации через почву и грунт используют поля орошения. К сооружениям биологической очистки также относятся биофильтры с прикрепленными микроорганизмами, которые представляют собой емкости, заполненные простым материалом (щебень, керамзит и т.п.). Кроме этого применяют аэротенки, где очистка сточных вод происходит с помощью активного ила. Аэротенк представляет собой открытое емкостное сооружение, содержимое которого перемешивается и снабжается кислородом с помощью воздуходувок. В аэротенке происходит активный рост микроорганизмов, загрязнения окисляются сложным микробным сообществом.

Особенности экосистемы активного ила

Активный ил представляет собой сложную экосистему, в состав которой входит большое количество представителей микрофлоры и микрофауны. Основу этой системы как по массе, так и по значимости в процессе очистки составляют бактерии, главным образом в виде хлопьевидных скоплений − зооглей. Обычно присутствуют также нитчатые бактерии, виды водных грибов, дрожжи, бесцветные жгутиконосцы, саркодовые (голые и раковинные) и инфузории. При продлённой аэрации, когда осуществляется глубокая очистка, появляются коловратки, водные черви и в небольших количествах некоторые другие многоклеточные беспозвоночные (тихоходки, водные клещи, гастротрихи). При контроле за работой аэротенков необходимо учитывать, что искусственно созданная человеком экосистема активного ила имеет существенные отличия от экосистем естественных водоёмов.

В аэротенке природная закономерность нарушена особенностями технологии очистки сточных вод, которые состоят в следующем:

1. Постоянно осуществляется рециркуляция активного ила.

2. Интенсивная принудительная аэрация поддерживает ил во взвешенном состоянии, обеспечивает его перемешивание, а также хороший контакт со сточной жидкостью и растворённым кислородом.

3. По сравнению с естественными водоёмами создаётся большая концентрация ила и низкая концентрация очищенного субстрата.

Такое сочетание условий во много раз увеличивает скорость изъятия загрязнений из сточной жидкости и вызывает смешение индикаторных организмов, характерных для начальных («грязных») и конечных («чистых») участков аэротенков. При этом в биоценозе активного ила могут выжить лишь виды, приспособившиеся к перенесению циклически изменяющихся условий, в первую очередь условий питания, т.е. виды эврибионтные.

Развитие бактерий на биологических сооружениях (рис. 1) протекает по типичной кривой, имеющей три фазы: логарифмическую (lg), замедленного роста (С) и эндогенную (энд). Растворённые органические загрязнения удаляются из сточных вод в логарифмической фазе, когда бактерии находятся в дисперсном состоянии, а осветление жидкости происходит на последующих фазах, при этом бактерии переходят в состояние зооглей.

По мере очистки сточной воды происходит смена одних видов простейших другими в зависимости от условий среды. Ведущим является фактор пищевой конкуренции между бактериями и простейшими.

При начальной стадии созревания активного ила (пуск сооружений или изменение состава сточной воды) появляются в первую очередь амёбы и жгутиковые. По мере накопления бактерий в среде при режиме высоконагружаемого аэротенка (В) преобладают жгутиковые, но появляются свободно плавающие инфузории, питающиеся бактериями. В ходе очистки снижается число бактерий и пищевую конкуренцию выдерживают прикреплённые к субстрату сидячие инфузории.

Рис. 1. Кривые развития активного ила:

lg − логарифмическая фаза роста; С − фаза замедленного роста; энд − эндогенная фаза; В − высокозагружаемый ил; N − нормально работающий ил; Р − регенератор

Стабильная система созревшего хорошего активного ила в нормально работающем аэротенке характеризуется преобладанием сидячих инфузорий, при обязательном присутствии свободно плавающих форм. В свою очередь, режим регенерации располагается в основном в фазе эндогенного питания, при преобладании главным образом сидячих инфузорий (Р).

Стадия нитрификации, сопровождающаяся повышенной концентрацией растворённого кислорода в воде, всегда связана с развитием большого количества коловраток.