Биологическая очистка сточных вод

Смесь активного ила со сточной водой - иловая смесь, поступает для разделения во вторичные отстойники. Часть ила возвращается в аэротенки, а избыточная часть - в илоуплотнители. Уплотнённый активный ил поступает в резервуар сырого осадка и уплотнённого ила.

Сливная вода из илоуплотнителей поступает в резервуар хозфекальных вод, а затем насосами подаётся частично в распределительные камеры первичных отстойников №№ 1- 4.

Для обеззараживания стоков от бактериальных загрязнений предусмотрены хлораторная со складом хлора и эжекторная. В качестве хлорагента используется сжиженный хлор.

Смесь сырого осадка и уплотнённого ила подаётся в дегильминтизатор (на Самарских очистных сооружениях используются метантенки), где происходит обработка осадка при температуре 30-35оС в течение 20-22 часов. Откуда одна часть осадка насосами откачивается на иловые поля (спланированные участки земли, площадью 0.87га), а другая часть подаётся на установку по обезвоживанию, с последующей флокуляцией и фильтрацией, которая затем вывозится на иловые поля.

Осадок, подаваемый на иловые поля, на карты слоем 1м, отстоянная вода самотёком по дренажному трубопроводу поступает в подводящий коллектор насосной станции №13, а затем в приёмные камеры очистных сооружений. Подсохший осадок буртуется в карте, а затем вывозится в отвалы.

5. Процессы биологической очистки

Сооружениям биологической очистки отводится главенствующая роль в общем комплексе сооружений канализационной очистной станции. В результате процессов биологической очистки сточная вода может быть очищена от многих органических и некоторых неорганических примесей. Процесс очистки осуществляет сложное сообщество микроорганизмов - бактерий, простейших, ряда высших организмов - в условиях аэробиоза, т.е. наличия в очищаемой воде растворённого кислорода. Загрязнения сточных вод являются для многих микроорганизмов источником питания, при использовании которого они получают всё необходимое для их жизни - энергию и материал для конструктивного обмена (восстановления распадающихся веществ клетки, прироста биомассы). Изымая из воды питательные вещества (загрязнения), микроорганизмы очищают от них сточную воду, но одновременно они вносят в неё новые вещества - продукты обмена, выделяемые во внешнюю среду.

До настоящего времени не существует системы биоиндикации процесса биологической очистки, и остаётся справедливым утверждение о множестве разноречивых данных, трактующих взаимосвязь качества очистки и специфических организмов. Это объясняется, прежде всего, особенностями биоценоза активного ила, его высоким адаптационными свойствами, что позволяет развиваться одним и тем же видам в разных экологических зонах, влиянием на его развитие сложного комплекса биотических и абиотических факторов.

5.1 Комплекс биотических и абиотических факторов

Основными абиотическими факторами, воздействующими на биоценоз ила, являются: температура, состав очищаемых сточных вод и наличие в них токсичных веществ, влияющих на жизнедеятельность микроорганизмов; фактические концентрации и разнообразие растворённых питательных веществ, используемых микроорганизмами для роста; содержание растворённого кислорода в иловой смеси (табл.1).

Таблица 1. Экологические факторы, определяющие развитие

активного ила.

Абиотические факторы

Биотические факторы

Нагрузки на активный ил по БПК - Автохтонная микрофлора и фауна

Хим. состав сточных вод - Аллохтонная микрофлора и фауна

Токсиканты

Взаимоотношения хищник - жертва

Сбалансированность питательных веществ Скорость репродукции

Тип сооружения, определяющий размер биотопа

Кислород

Перемешивание иловой смеси

Температура, рН

5.2 Способность к флокуляции

Своеобразные условия существования формируют активный ил и его способность к флокуляции, которая является одной из важнейших характеристик состояния биоценоза. Структура и биологические свойства хлопьев ила определяют эффективность и качество биологической очистки. При нормально идущих процессах очистки масса активного ила представлена хлопьями с плотностью в среднем 1.1-1.37 г/см3 и размером от 53 до 212 мкм. Бактериальные клетки расположены внутри, на поверхности хлопьев, могут быть представлены незначительным количеством не связанных с хлопьями одиночными бактериями: палочками, кокками, спирохетами и микроколониями из палочек. Бактерии активного ила синтезируют и секретируют в среду внеклеточный биополимер - полисахаридный гель. Именно наличие геля обуславливает агрегацию микроорганизмов и образование хлопьевидных скоплений - флокул. Активный ил только в флокулированном состоянии может обеспечивать высокие скорости окисления загрязняющих веществ, и, по существу, качество очищенной воды определяется его способностью к флокуляции.

5.3 Процесс полной трёхстадийной биологической очистки

Процесс полной биологической очистки протекает в три стадии. На первой стадии, сразу же после смешения сточных вод с активным илом, на его поверхности происходят адсорбция загрязняющих веществ и их коагуляция (укрупнение частиц несущих органические вещества), причём адсорбция обеспечивается как хемосорбцией, так и биосорбцией с помощью полисахаридного геля активного ила и благодаря огромной поверхности ила, один грамм которого занимает 100 м2. Таким образом, на первой стадии очистки загрязняющие вещества в сточных водах удаляются благодаря механическому изъятию их активным илом из воды и началу процесса биоокисления наиболее легкоразлагающейся органики. Высокое содержание поступающих загрязняющих веществ способствует на первой стадии высокой кислородопоглащаемости, что приводит к практически полному потребления кислорода в зонах поступления сточных вод в аэротенках. На первой стадии за 0.5-2.0 часа содержание органических загрязняющих веществ, характеризуемых показателем БПК5, снижается на 50-60%.

На второй стадии полной биологической очистки продолжается биосорбция загрязняющих веществ и идёт их активное окисление экзоферментами (ферментами, выделяемыми активным илом в окружающую среду). Благодаря снизившейся концентрации загрязняющих веществ, начинает восстанавливаться активность ила, которая была подавлена к концу первой стадии очистки. Скорость потребления кислорода на этой стадии меньше, чем в начале процесса, и в воде накапливается растворённый кислород. В случае благополучия второй стадии экзоферментами окисляется до 75% органических загрязняющих веществ, характеризуемых показателем БПК5. Продолжительность этой стадии различна в зависимости от состава очищаемых сточных вод и составляет от 2.0 до 4.0 часов. На третьей стадии очистки происходит окисление загрязняющих веществ эндоферментами (внутри клетки), доокисление сложноокисляемых соединений, превращение азота аммонийных солей в нитриты и нитраты, регенерация активного ила. Именно на этой стадии (стадии внутриклеточного питания активного ила) происходит образование полисахаридного геля, выделяемого бактериальными клетками. Скорость потребления кислорода вновь возрастает. Общая продолжительность процесса в аэротенках составляет 6-8 часов для бытовых и может увеличиваться до 10-20 и более часов при совместной очистке бытовых и производственных сточных вод. Продолжительность третьей стадии, таким образом, составляет от 4-6 часов при очистке бытовых сточных вод и может удлиняться до 15 часов. Благополучие фазы эндогенного питания определяется величиной нагрузки, возрастом активного ила и временем пребывания его в аэротенках. Увеличение возраста активного ила, времени его пребывания в системе очистки, падение удельной нагрузки на него продлевает фазу эндогенного питания и создаёт благоприятный режим для её протекания, что способствует активному гелеобразованию, укрупнению хлопьев активного ила, улучшению его флокулирующих свойств. Внезапное увеличение нагрузки, сокращение возраста, токсические вещества, присутствующие в поступающей на очистку воде, оказывают подавляющее воздействие на процесс ферментативного окисления в целом и на фазу эндогенного питания. Таким образом, флокуляция хлопьев, а, следовательно, эффективность очистки, зависит от характеристик поступающих сточных вод, условий введения технологического процесса очистки и от действия гидродинамических сил в аэротенке.

5.4 Видовое разнообразие организмов активного ила

Богатое видовое разнообразие (не менее 25 видов простейших) организмов активного ила свидетельствует о благополучии биологической системы аэротенка, Высокой эффективности очистки и устойчивости биоценоза к повреждающему воздействию токсичных сточных вод.

Как и других водных сообществах, характер реакции биоценоза активного ила на неблагоприятное воздействие, проявляется в снижении видового разнообразия. Чувствительные к неблагоприятному воздействию виды могут исчезнуть совсем или резко снизить численность, в то время как устойчивые становятся ещё обильнее. Если действие неблагоприятного фактора нарастает или долго сохраняется, затрагиваются все новые виды биоценоза и, в результате, при минимальном видовом разнообразии наблюдается максимальная численность наиболее устойчивых видов.

Усложнение биоценоза сопровождается последовательным включением в него всё более совершенных видов вплоть до хищников:

зооглеи - нитчатые бактерии - мелкие жгутиконосцы - мелкие раковинные амёбы - свободноплавающие - брюхоресничные - прикреплённые и сосущие инфузории - коловратки - черви - водные клещи - представители третьего трофического уровня (Приложение 1). Своеобразие биоценоза активного ила в наибольшей степени определяется нагрузкой по органическим загрязняющим веществам и эффективностью их разложения.

5.5 Режим работы активного ила

Суммарный эффект воздействия разнообразных факторов, основным из которых следует считать удельные нагрузки, формирует специфический для каждого очистного сооружения активный ил, который может быть подразделён на три основных типа:

А. Работающий на неполное окисление органических загрязнений.

Б. Полное окисление.

В. Полное окисление с последующей нитрификацией (применяется на Самарских очистных сооружениях).

Сооружения биологической очистки, работающие в режиме неполного окисления, как правило, имеют высокие удельные нагрузки (400-600 мг БПК на грамм активного ила). При этом формируется биоценоз с бедным видовым разнообразием (5-13 видов) простейших и численным преобладанием отдельных групп, таких как жгутиконосцы, раковинные амёбы, нитчатые бактерии, крупные свободноплавающие инфузории, "бентосные" раковинные амёбы, мелкие корненожки.

При сниженных нагрузках на ил до 250-300 мг/г, обеспечивается полное окисление растворённых органических веществ. Такие сооружения обычно очищают сточные воды смешанного состава (бытовые и производственные). Неоднородное, многокомпонентное загрязнение среды обитания даёт возможность организмам ила приобрести и сохранять необходимый уровень приспособленности в широком спектре непрерывно меняющихся условий. Биоценозы на таких очистных сооружениях разнообразны по видам, динамичны, подвижны и чутко реагируют на внешнее воздействие. При нормально протекающем процессе очистки в них отсутствуют численно доминирующие виды или такое доминирование минимально.

При удельных нагрузках 80-150 мг/г обеспечивается полное окисление и нитрификация азотосодержащих загрязнений. При полном окислении поступающих на очистку растворённых органических веществ, ненарушенном балансе их сорбции и окислении, низких нагрузках на активный ил и развитом процессе нитрификации формируется наиболее экологически совершенный биоценоз - нитрифицирующий активный ил. Нитрифицирующие хлопья ила крупные, компактные, хорошо оседающие, наполненные пузырьками газа, наблюдается самопроизвольная флотация ила, вызванная процессами денитрификации. Процесс денитрификации, протекающий во вторичных отстойниках, может ухудшать качество очищенной воды за счёт избыточного выноса активного ила, особенно в тёплое время года.

Биоценоз нитрифицирующего активного ила характеризуется, в целом, наиболее сложной экологической структурой с высоким таксономическим разнообразием (до 45 видов простейших) без численного преобладания различных видов. Нитчатые бактерии, мелкие бесцветные жгутиконосцы, мелкие формы как голых, так и раковинных амёб практически полностью вытесняются из биоценоза или их численность минимальна. Из инфузорий преобладают брюхоресничные и прикреплённые формы, жизнедеятельность которых тесно связана с хорошо сформированными, флокулированными хлопьями активного ила. Присутствуют представители высшего звена - хищники, что положительно влияет на степень очищения воды от органических загрязняющих веществ за счёт повышения интенсивности обмена. В нитрифицирующем иле всегда присутствуют (не достигая массового развития) хищные коловратки, сосущие инфузории, хищные грибы и черви рода Chaetogaster. Периодически встречаются тихоходки.

В целом, в низконагружаемых илах, за счёт богатого видообразия, расширяется возможность ила адекватно реагировать на неблагоприятные воздействия и увеличивается его способность поддерживать эффективное и устойчивое качество очистки. При воздействии концентрированных производственных сточных вод биоценоз устойчиво сохраняет свою структурную целостность и удовлетворительный уровень ферментативного окисления. Разрушение стабильности и способности к быстрому восстановлению у такого биоценоза возможно только при чрезвычайном воздействии: в результате резкого возрастания удельной нагрузки на активный ил, воздействия сильно токсичных (при аварийных сбросах) сточных вод, недостатке и дисбалансе питательных веществ.

В условиях устойчивых нагрузок на активный ил при отсутствии токсичных примесей в сточных водах, поступающих на очистку, значительная часть микробной популяции связана с хлопком активного ила. Хлопья ила крупные, компактные, хорошо флокулирующие. В биоценозе возрастает численность организмов, непосредственно связанных с хлопьями, - ползающих брюхоресничных инфузорий, прикреплённых инфузорий, нематод, коловраток и т.д.

Однако, в неблагоприятных условиях перегрузок, при поступлении на очистку токсичных сточных вод, различных нарушений технологического режима очистки, хлопья активного ила диспергируются, измельчаются, возрастает число бактерий, не связанных с хлопьями активного ила, и, следовательно, возрастает число их поедателей - свободноплавающих инфузорий, мелких раковинных амёб, жгутиконосцев и проч. При очистке сточных вод, содержащих специфические сложноокисляемые соединения (фенолсодержащие, сточные воды ЦБК и т.д.), хорошо флокулирующие хлопья ила, как правило, вообще не образуются, и очистка осуществляется диспергированной микрофлорой. При подаче избыточного активного ила в "голову" сооружений, питание активного ила в аэротенках дисбалансируется, что приводит к развитию нитчатого вспухания или нарушению флокуляции хлопьев, которые приобретают перистую, вытянутую форму (Приложение 2).

Заключение

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. В России широко осуществляются мероприятия по охране окружающей Среды, в частности по очистке производственных сточных вод.

Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических процессов производства, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах. Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидировать сбрасываение сточных вод в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.

В химической промышленности намечено более широкое внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов, дающих наибольший экологический эффект. Большое внимание уделяется повышению эффективности очистки производственных сточных вод.

Значительно уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения из сточных вод ценных примесей, сложность решения этих задач на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии технологических процессов и получаемых продуктов. Следует отметить также, что основное количество воды в отрасли расходуется на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70-90 % расходы воды в разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными являются разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего минимальное количество воды для охлаждения.

Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение. Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимической очисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач, связанных с очисткой производственных сточных вод.

В ближайшей перспективе намечается внедрение мембранных методов для очистки сточных вод.

На реализацию комплекса мер по охране водных ресурсов от загрязнения и истощения во всех развитых странах выделяются ассигнования, достигающие 2-4 % национального дохода ориентировочно, на примере США, относительные затраты составляют (в %): охрана атмосферы 35,2 % , охрана водоемов - 48,0, ликвидация твердых отходов - 15,0, снижение шума -0,7, прочие 1,1. Как видно из примера, большая часть затрат - затраты на охрану водоемов. Расходы, связанные с получением коагулянтов и флокулянтов, частично могут быть снижены за счет более широкого использования для этих целей отходов производства различных отраслей промышленности, а также осадков, образующихся при очистке сточных вод, в особенности избыточного активного ила, который можно использовать в качестве флокулянта, точнее биофлокулянта.

Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы.

Список литературы

Евилович А.З. "Утилизация осадков сточных вод" М: Стройиздат, 1989г

Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. "Контроль качества воды", М: Стройиздат, 1986г

Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. "Химия воды и микробиология", М: Стройиздат, 1983г

Методика технологического контроля работы очистных сооружений городской канализации. М: Стройиздат, 1977г

Методическое руководство по гидробиологическому и бактериологическому контролю процесса биологической очистки на сооружениях с аэротенками. ПНД Ф СБ 14.1.77-96 Москва,1996г

Отчёт о работе ГОКС г.Самара за 1998 год

Охрана производственных сточных вод и утилизация осадков Под редакцией В.Н. Соколова М: Стройиздат, 1992г

Туровский И.С. "Обработка осадков сточных вод" М: Стройиздат, 1984г

Унифицированные методы исследования качества вод. Совещание руководителей водохозяйственных органов стран-членов СЭВ. Ч. IV. Микробиологические методы. Москва, 1985г

Страницы: 1, 2