Аеробне очищення стічних вод
Біологічна переробка відходів спирається на ряд дисциплін: біохімію, генетику, хімію, мікробіологію, обчислювальну техніку. Зусилля цих дисциплін концентруються на трьох основних напрямках:
- деградація органічних і неорганічних токсичних відходів;
- відновлення ресурсів для повернення в кругообіг речовин вуглецю, азоту, фосфору, азоту і сірки;
- отримання цінних видів органічного палива.
При очищенні стічних вод виконують чотири основні операції:
1. При первинній переробці відбувається усереднення і освітлення стічних вод від механічних домішок (усреднители, пісколовки, решітки, відстійники).
2. На другому етапі відбувається руйнування розчинених органічних речовин за участю аеробних мікроорганізмів. Утворений мул, що складається головним чином з мікробних клітин, або віддаляється, або перекачується в реактор. При технології, що використовує активний мул, частина його повертається в аераційний Тенк.
3. На третьому (необов'язковий) етапі проводиться хімічне осадження і розділення азоту і фосфору.
4. Для переробки мулу, що утворюється на першому і другому етапах, зазвичай використовується процес анаеробного розкладання. При цьому зменшується обсяг осаду і кількість патогенів, усувається запах і утворюється цінне органічне паливо - метан.
На практиці застосовуються одноступінчасті і багатоступінчасті системи очищення. Одноступінчата схема очищення стічної води представлена на рис. 6.
Мал. 6. Принципова схема очисних споруд:
1 - пескоуловители; 2 - первинні відстійники; 3 - аеротенк; 4 - вторинні відстійники; 5 - біологічні ставки; 6 - освітлення; 7 - реагентному обробка; 8 - метатенка; АІ - активний мул
Стічні води надходять в усреднітель, де відбувається інтенсивне перемішування стоків з різним якісним і кількісним складом. Перемішування здійснюється за рахунок подачі повітря. У разі необхідності в усреднітель подаються також біогенні елементи в необхідних кількостях і аміачна вода для створення певного значення рН. Час перебування в Усреднітель становить зазвичай кілька годин. При очищенні фекальних стоків та відходів нафтопереробки необхідним елементом очисних споруд є система механічного очищення - пісколовки і первинні відстійники. У них відбувається відділення води, що очищається від грубих суспензій і нафтопродуктів, що утворюють плівку на поверхні води.
Біологічне очищення води відбувається в аеротенках. Аеротенк є відкрите залізобетонна споруда, через яке проходить стічна вода, що містить органічні забруднення і активний мул. Суспензія мулу в стічній воді протягом усього часу перебування в аеротенках піддається аерації повітрям. Інтенсивна аерація суспензії активного мулу киснем призводить до відновлення його здатності сорбувати органічні домішки.
В основі біологічної очистки води лежить діяльність активного мулу (АІ) або біоплівки, природно виник біоценозу, що формується на кожному конкретному виробництві в залежності від складу стічних вод і обраного режиму очищення. Активний мул являє собою темно-коричневі пластівці, розміром до декількох сотень мікрометрів. На 70% він складається з живих організмів і на 30% - з твердих частинок неорганічної природи. Живі організми разом з твердим носієм утворюють зооглею - симбіоз популяцій мікроорганізмів, покритий загальною слизовою оболонкою. МІКРООГАНІЗМИ, виділені з активного мулу відносяться до різних родів: Actynomyces, Azotobacter, Bacillus, Bacterium, Corynebacterium, Desulfomonas, Pseudomonas, Sarcina і ін. Найбільш численні бактерії роду Pseudomonas, про всеїдності яких згадувалося раніше. Залежно від зовнішнього середовища, якої в даному випадку є стічна вода, та чи інша група бактерій може виявитися переважною, а інші стають супутниками основної групи.
Істотна роль в створенні і функціонуванні активного мулу належить найпростішим. Функції найпростіших досить різноманітні; вони самі не беруть безпосередньої участі в споживанні органічних речовин, але регулюють вікової і видовий склад мікроорганізмів в активному мулі, підтримуючи його на певному рівні. Поглинаючи велику кількість бактерій, найпростіші сприяють виходу бактеріальних екзоферментів, що концентруються в слизовій оболонці і тим самим брати участь в деструкції забруднень. В активних мулах зустрічаються представники чотирьох класів найпростіших: саркодові (Sarcodina), жгутикові інфузорії (Mastigophora), війчасті інфузорії (Ciliata), сисні інфузорії (Suctoria).
Показником якості активного мулу є коефіцієнт протозойне, який відображає співвідношення кількості клітин найпростіших мікроорганізмів до кількості бактеріальних клітин. У високоякісному мулі на 1 мільйон бактеріальних клітин має припадати 10-15 клітин найпростіших. При зміні складу стічної води може збільшиться чисельність одного з видів мікроорганізмів, але інші культури все одно залишаються в складі біоценозу.
На формування ценозів активного мулу можуть впливати і сезонні коливання температури, забезпеченість киснем, присутність мінеральних компонентів. Все це робить склад або складним і практично невідтворюваних. Ефективність роботи очисних споруд залежить також від концентрації мікроорганізмів в стічних водах і віку активного мулу. У звичайних аеротенках поточна концентрація активного мулу не перевищує 2-4 г / л.
Збільшення концентрації мулу в стічній воді призводить до зростання швидкості очищення, але вимагає посилення аерації, для підтримки концентрації кисню на необхідному рівні. Таким чином, аеробне переробка стоків включає в себе наступні стадії: 1) адсорбція субстрату на клітинної поверхні; 2) розщеплення адсорбованого субстрату позаклітинними ферментами; 3) поглинання розчинених речовин клітинами; 4) зростання і ендогенне дихання; 5) вивільнення екскретіруемих продуктів; 6) "виедание" первинної популяції організмів вторинними споживачами. В ідеалі це повинно приводити до повної мінералізації відходів до простих солей, газів і води. На практиці очищена вода і активний мул з аеротенках подаються у вторинний відстійник, де відбувається відділення активного мулу від води. Частина активного мулу повертається в систему очищення, а надлишок активного мулу, що утворився в результаті зростання мікроорганізмів, надходить на мулові майданчики, де зневоднюється і вивозиться на поля. Надлишок активного мулу можна також переробляти анаеробним шляхом. Перероблений активний мул може служити і як добрива, і як корм для риб, худоби.
Система повної доочистки може складатися з безлічі елементів, які визначаються подальшим призначенням стічної води. Можливе застосування біологічних ставків, де біологічно очищена вода проходить очищення і насичується киснем. Ставки також відносяться до системи біологічної очистки, в якій під впливом біоценозу активного мулу відбувається окислення органічних домішок. Склад біоценозів біологічних ставків визначається глибиною знаходження даної групи мікроорганізмів. У верхніх шарах розвиваються аеробні культури, в придонних - факультативні аероби і анаероби, здатні здійснювати процеси метанового бродіння або відновлення сульфатів. Насичення води киснем відбувається за рахунок процесів фотосинтезу, здійснюваного водоростями, з яких особливо широко представлені Clorella, Scenedesmus, зустрічаються евгленовие, вольвоксовиє і т.д. У ставках також в тій чи іншій мірі представлена мікро- і макрофауни: найпростіші, черви, коловертки, комахи та ін. В біопрудах з води добре видаляються нафтопродукти, феноли та інші органічні сполуки. У деяких випадках воду після біологічної очистки піддають реагентної обробки - хлорування або озонування.
Інтенсифікувати процеси біологічної очистки можна шляхом аерації суспензії активного мулу чистим киснем. Цей процес можна здійснити в модифікованих аеротенках закритого типу - оксітенках, з примусовою аерацією стічної води. На відміну від аеротенків в біофільтрах (або перколяційних фільтрах) клітини мікроорганізмів знаходяться в нерухомому стані, так як прикріплені до поверхні пористого носія. Утворену таким чином біоплівку можна віднести до іммобілізованим клітинам. В цьому випадку иммобилизована НЕ монокультура, а цілий консорціум, неповторний за якісним і кількісним складом і розрізняються залежно від його місцезнаходження на поверхні носія. Очищається вода контактує з нерухомим носієм, на якому іммобілізовані клітини і за рахунок їх життєдіяльності відбувається зниження концентрації забруднювача.
Перевага застосування біофільтрів полягає в тому, що формування конкретного ценоза призводить до практично повного видалення всіх органічних домішок. Недоліками цього методу можна вважати:
- нереальність використання стоків з високим вмістом органічних домішок;
- необхідність рівномірного зрошення поверхні біофільтра стічними водами, які подаються з постійною швидкістю;
- стічні води перед подачею повинні бути звільнені від зважених часток щоб уникнути замулювання.
В якості носіїв можна використовувати кераміку, щебінь, гравій, керамзит, металевий або полімерний матеріал з високою пористістю. Для біофільтрів характерна наявність противотока води, яка надходить зверху і повітря, що подається знизу. Відірвалися частки мікробної плівки після відділення їх у вторинному відстійнику не повертаються назад в біофільтр, а йдуть на мулові майданчики або в анаеробну переробці.
Існують також системи, що поєднують в собі як систему біофільтрів, так і активного мулу в аеротенках. Це так звані аеротенки-витискувачі. У аеріруемие стічну воду поміщають або стеклоерші, або створюють систему сіток всередині відтінку, в які вкладаються прокладки з пористого поліефіру. У порожнинах цих прокладок і на поверхні стеклоершей відбувається накопичення біоценозу активного мулу. Носій періодично видаляється з відтінку, біомаса знімається, після чого носій повертається в реактор.
Система з іммобілізованими на мобільному носії клітинами відрізняється від біофільтрів своєю економічністю, так як використовуються високі концентрації мікроорганізмів і немає необхідності брати в облогу кінцеві продукти. Така система може знайти застосування в очищенні локальних стоків, з вузьким спектром забруднень. Їх доцільно очищати в самостійних біологічних системах, не змішуючи зі стоками інших виробництв. Це дозволяє отримати біоценози мікроорганізмів, адаптовані до даного вузькому спектру забруднень, при цьому швидкість і ефективність очищення різко зростають.
Читати далі ► анаеробні системи очищення стічних вод
