Эффективность процессов  биологической очистки зависит от ряда факторов, одни из которых поддаются изменению и регулированию в широких диапазонах в пределах биологической системы, регулирование же других, таких, например, как состав поступающих на очистку стоков, практически исключено.

На  формирование биоценоза ила, его структуру оказывают  влияние проектные параметры очистных сооружений,  состав сточных вод и соблюдение технологического режима эксплуатации очистных сооружений, где решающее значение имеет поддержание необходимого качества и количества активного ила ,которые определяются такими показателями как доза ила, иловый  индекс, зольность, возраст, прирост ила.

 Основные факторы, определяющие состояние активного ила (пропускную способность биологической системы) и  степень очистки воды:

-         уровень питания  активного ила;

-         температура иловой смеси в аэротенке;

-         реакция среды;

-          кислородный режим;

-         биогенные элементы;

-         токсичные вещества.

   1.  Уровень питания.

      В технической литературе  за меру уровня питания принимают величину суточной нагрузки по загрязнениям в расчёте на 1м3 очистного сооружения  или на 1г сухой биомассы, или на 1г беззольной части биомассы. Наиболее часто оперируют значениями нагрузки по БПК, однако в ряде случаев подсчитывают и величину нагрузки по индивидуальному виду загрязнений.

    Благополучие фазы эндогенного питания определяется величиной нагрузки, возрастом активного ила  и временем пребывания его в системе очистки. Увеличение возраста ила, времени его пребывания в системе очистки, падение удельной нагрузки питания и. создают благоприятный режим для её протекания, что способствует активному гелеообразованию, улучшению его флокулирующих свойств, а, следовательно, и повышению эффективности очистки.

    Для аэрационных сооружений величина нагрузки на активный ил в совокупности с другими характеристиками даёт возможность предсказать эффективность процесса очистки и , в частности, седиментационные свойства ила.                                

  По степени нагруженности аэрационные системы разделяют на высоконагружаемые, классические и низконагружаемые.

     В высоконагружаемых системах( с нагрузкой более 400мг БПКполн на 1г беззольного вещества ила в сутки) сравнительно с остальными системами прирост ила наибольший, степень очистки наименьшая, ил содержит незначительное число видов простейших.

      Классические системы (с нагрузкой от 150 до 400мг БПКпол на 1г беззольного вещества ила в сутки) обеспечивают очень высокую степень очистки по БПК, иногда частичную нитрификацию, имеют хорошо флокулируемый ил, населённый большим числом микроорганизмов различных групп. Прирост ила в классических системах меньше максимального в связи с достаточно глубоко проходящими процессами эндогенного окисления ила.

     В аэротенках низконагружаемых ( с удельной  нагрузкой от 80- 150мг БПКполн на 1г беззольного вещества ила в сутки) степень очистки по БПК колеблющаяся, но чаще высокая, глубоко развит процесс нитрификации, прирост ила минимален,  микробиологическое население ила весьма разнообразно   

При окислении растворённых органических веществ, ненарушенном балансе их сорбции и окислении, низких нагрузках на активный ил и развитом процессе нитрификации формируется наиболее 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.  В целом, в низконагружаемых илах, за счёт богатого видообразия , расширяется  возможность

ила адекватно реагировать на неблагоприятные воздействия. Однако, при неблагоприятных условиях  перегрузок, при поступлении токсичных веществ, различных нарушений технологического режима очистки, хлопья активного ила диспергируются, измельчаются, возрастает число бактерий, не связанных  с хлопьями активного ила, и, следовательно возрастает число поедателей – свободноплавающих инфузорий, мелких раковидных амёб и пр. При очистке сточных вод, содержащих специфические сложноокисляемые соединения           (фенолсодержащие, ПАВ-содержащие, нефтесодержащие и др.) хорошо флотирующие хлопья ила, как  правило, вообще не образуются, и очистка осуществляется диспергированной микрофлорой. При подаче 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.

   2. Температура

   Оптимальной температурой для  аэробных процессов, происходящих в очистных сооружениях, считается 20-30 С0, при этом биоценоз при прочих благоприятных условиях представлен наиболее разнообразными и хорошо развитыми микроорганизмами. В то же время температурный оптимум бактерий различных групп варьирует в широких пределах: для психрофилов 10-15 С0, мезофилов 25-37 С0, термофилов 50-60 С0.  Микроорганизмы хорошо развиваются при оптимальных температурах и сохраняют свою жизнеспособность при колебаниях температур в значительных диапазонах. Так, психофилы могут существовать в пределах температур от -8 до +30 С0, мезофилы  -  от -5 до +50 г С0,  термофилы  - от +30 до +85 С0.

Если температурный режим не соответствует оптимальному, то рост культуры, а также скорость обменных процессов в клетке заметно ниже максимальных  значений.

Наиболее неблагоприятное влияние на развитие культуры оказывает резкое изменение температуры. При аэробной очистке влияние температуры усугубляется ещё вследствие соответственного изменения растворимости кислорода. Очень чувствительны к температуре бактерии нитрификаторы, их наибольшая активность наблюдается при температуре не ниже +25 С0.

В технических расчётах для оценки влияния температуры на скорость процессов используются формулы СНиП  для расчёта аэрационных систем. Относительная продолжительность окисления (L) изменяется в зависимости от колебаний температуры сточных воды:

       Т, С0 ..........    10     15     20      25      30

       L        ..........  0, 67    1    1,33   1,67     2,0

  При расчёте аэротенков применяется также уравнение Стриттера, но делается оговорка, что пределы его применимости охватывают значения температур от 4 до 30  С0.

     3. Реакция среды

 На развитие микроорганизмов значительное влияние оказывает концентрация водородных ионов (рН).

  Биологическая очистка наиболее эффективна, если значение рН не выходит за пределы 5 - 9, оптимальной считается среда с рН= 6,5 – 7,5. Отклонение  рН за пределы 5 – 9 влечёт за собой уменьшение скорости окисления  вследствие  замедления  обменных процессов в клетке, нарушения проницаемости её цитоплазматической мембраны и др.

  Ряд бактерий в процессе жизнедеятельности изменяют реакцию среды. Так, при разложении  мочевины выделение аммиака подщелачивает среду. Очень важно, что микроорганизмы сами способны регулировать величину рН среды, хотя и в ограниченных пределах.

    Если значения температуры и рН выходят за пределы не только оптимальных, но и допустимых величин, необходимо корректировать эти параметры в сточных  водах, поступающих на биологическую очистку.

        4. Кислородный режим.

В аэробных биологических системах подача воздуха (а также чистого кислорода или воздуха, обогащённого кислородом) должна обеспечивать постоянное наличие в смеси растворённого кислорода не ниже 2 мг/л, чтобы исключить длительное пребывание ила в анаэробных условиях.

Перенос кислорода происходит при контакте пузырьков воздуха, диспергированных в жидкости, с водой

Система аэрации – важнейший  элемент любого аэротенка. Эта система состоит из комплекса сооружений и специального оборудования, обеспечивающего снабжение жидкости кислородом, поддержание ила во взвешенном состоянии и постоянное перемешивание воды с илом.

Существуют две системы аэрации: пневматическая и механическая. Пневматическую систему, при которой воздух нагнетается  в аэротенк под давлением, подразделяют на три типа в зависимости от размера продуцируемого пузырька воздуха: на мелкопузырчатую – с размером пузырька до 4мм, среднепузырчатую- 5-10мм и крупнопузырчатую – более 10мм.

При механической системе аэрации в качестве источника кислорода используется непосредственно наружный воздух, вовлекаемый в аэротенк  при  вращении в нём жидкости мешалкой-аэратором.

  Удельный суточный расход растворённого кислорода на биоокисление можно рассчитать по модифицированному уравнению Эккенфельдера – О,Коннора:

G=а ∙∆БПК + в∙∆ХПК+ с ∙∆М + d∙∆NH4+ – е ∙∆N, кг О2/сут.,

где    ∆БПК,      ∆ХПК,      ∆NH4+- разность показателей содержания БПК, ХПК, NH4+на входе и  выходе аэротенка, кг/сут.

N- разность показателей содержания общего азота (аммонийного, нитратного,  нитритного  и органического) на входе и выходе, кг/сут;

М=V∙а - масса активного ила; V- объём аэротенка, м3 ; а - доза ила в аэротенке, кг/м3;

в=0,1- коэффициент удельного расхода,    растворённого кислорода на химическое окисление

преимущественно минеральных веществ, кг О2/кг ХПК;

 с=0,05 -0,2 - коэффициент удельного расхода кислорода на аэробное дыхание микроорганизмов активного ила, кг О2/кг ила,

d=4, 6 – коэффициент молярного расхода кислорода на окисление аммоний-ионов,кгО2/кг;

е =2, 85 – коэффициент расхода кислорода, содержащегося в нитрат-N03 и нитрит-NO2-анионов , на окисление органических продуктов, кгО2/кг общего азота.

       5. Биогенные элементы.

Для нормального процесса синтеза клеточного вещества, а, следовательно, и для эффективного процесса очистки воды в среде должна быть достаточная концентрация всех основных элементов питания – органического углерода (БПК), азота, фосфора.

Достаточность элементов питания для бактерий в сточных водах определяется соотношением БПК: N: Р. Согласно рекомендациям СниП, при обработке городских сточных вод соотношение БПК полн :N: Р должно быть не менее 100:5:1.

Часто азота и фосфора не хватает в сточной воде .Их добавляют искусственно в виде суперфосфата, ортофосфорной кислоты, аммофоса, сульфата, нитрата или хлорида аммония, мочевины и т.п.

Кроме основных элементов состава клетки (С, N, О, Н) для   её построения необходимы в незначительном количестве и другие компоненты : марганец, медь, цинк, молибден, селен, магний, кобальт, кальций, натрий, калий, железо, карбонат-ион. Содержание указанных элементов в природных водах, из которых затем образуются сточные воды, обычно достаточно, чтобы полностью удовлетворить требованиям бактериального метаболизма.

 6. Токсичные вещества

    Токсичным действием на биологические процессы могут обладать как органические , так и неорганические вещества.

Токсичное действие может быть  и микробостатическим, если задерживается рост и развитие  микроорганизмов, и убивающим (микробоцидным). Большинство веществ проявляет то или иное действие в зависимости от концентрации их в очищаемой воде. Следует отметить, что и некоторые элементы, являющиеся необходимыми органогенами клетки , при высоких концентрациях становятся  токсичными.

  Согласно многочисленным литературным данным, ионы двухвалентного железа даже при небольших концентрациях  (менее1мг/л) заметно угнетают жизнедеятельность микроорганизмов активного ила, а при концентрациях выше 5мг/л полностью подавляют.

В связи с этим одной из основных задач является установление величин ПДК ( предельно допустимые концентрации) для индивидуальных  химических веществ, а также выявление возможного действия смеси веществ, одновременно присутствующих в очищаемой сточной воде. За величину ПДК принимают максимальную концентрацию токсичного вещества, находящегося в воде и не оказывающего заметно отрицательного действия на работу биологических очистных сооружений.

Необходимо отметить, что указанные в литературе величины  ПДК следует рассматривать как ориентировочные. Эти величины могут существенно изменяться от условий работы очистного сооружения, в частности по концентрации ила. В связи с этим представляется более целесообразно вместо ПДК определять допустимую нагрузку по индивидуальному соединению на единицу беззольной части биомассы ила, чем будут учтены возможные варианты концентрации   ила в сооружении.

Литература

1. КарелинЯ.А., Репин Б.Н.  ,Биохимическая очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности. М., Пищевая промышленность, 1974.
2. Дыханов Н.Н., Собеневская Л.Н. Способ биохимической очистки сточных вод  содержащих ионы железа и алюминия. М., Стройиздат,  2001.
3. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружения с аэротенками. М.,: АКВАРОС,  2003.
4. Технический справочник по обработке воды. С-Петербург, 2007.
5. Проектирование сооружений для очистки сточных вод. Справочное пособие СНиП, ВНИИ Водгео, М., Строиздат, 1990.

Новости компании:

все новости
Warning: Division by zero in /var/www/nnovo/data/www/pw-nn.ru/adminka/data/common/scroll.php on line 104 Warning: Division by zero in /var/www/nnovo/data/www/pw-nn.ru/adminka/data/common/scroll.php on line 160 Warning: Division by zero in /var/www/nnovo/data/www/pw-nn.ru/adminka/data/common/scroll.php on line 162 Warning: Division by zero in /var/www/nnovo/data/www/pw-nn.ru/adminka/data/common/scroll.php on line 162 Warning: Division by zero in /var/www/nnovo/data/www/pw-nn.ru/adminka/data/common/scroll.php on line 104 Warning: Division by zero in /var/www/nnovo/data/www/pw-nn.ru/adminka/data/common/scroll.php on line 160 Warning: Division by zero in /var/www/nnovo/data/www/pw-nn.ru/adminka/data/common/scroll.php on line 162 Warning: Division by zero in /var/www/nnovo/data/www/pw-nn.ru/adminka/data/common/scroll.php on line 162