Принципи очищення стічних вод в аеротенках
У аераційних спорудах микробиальная маса перебуває в підвішеному в рідини стані у вигляді окремих пластівців, що представляють собою зооглейние скупчення мікроорганізмів, найпростіших і більш високоорганізованих представників фауни (коловертки, хробаки, чи-Нйякі комах), а також водних грибів і дріжджів. Цей біоценоз організмів, що розвиваються в аеробних умовах на органічних забрудненнях, що містяться в стічній воді, отримав назву активного іла.Домінірующая роль в ньому належить різним групам бактерій - одноклітинні рухомим мікроорганізмам з досить міцною зовнішньою мембраною, здатним не тільки витягати з води розчинені і зважені в ній органічні речовини, але і самоорганізовуватися в колонії - пластівці, порівняно легко віддільні потім від очищеної води
відстоюванням або флотацією. Розмір пластівців залежить як від виду бактерій, Наявності і характеру забруднень, так і від зовнішніх факторів - температури середовища, гідродинамічних умов в аераційне спорудженні та ін. Хлопьеобразующая здатність активного мулу залежить головним Образом від наявності поживних речовин: при занадто високому їх вмісті відбуваються розсіювання колоній і поява нитчастих форм
мікроорганізмів; при їх нестачі, хоча нитчасті форми мікроорганізмів практично відсутні, розміри пластівців мулу зменшуються і погіршуються його седиментаційних властивості. Бактерії мають таку високу швидкість відтворення, що в умовах надлишкового харчування і відсутність зовнішніх стримуючих їх зростання факторів 1 мг бактерій за 1 добу може привести до утворення десятків тонн живої микробиальной маси. Власне на цій здатності до швидкого розмноження і, отже, високу швидкість споживання поживних речовин і грунтується використання біологічних методів очищення стічних вод. Роль інших мікроорганізмів і найпростіших в активному мулі полягає в підтримці певної рівноваги видового і кількісного складу мулу, добре пристосованого до тих чи інших умов, які панують у аераційне спорудженні, а також повноти протікання біохімічних перетворень, яким піддаються органічні сполуки. Здатність клітини виробляти різноманіття ферментів пояснює її високу адаптованість до різних видів і концентрацій забруднень, присутніх в стічних водах. Так, поступове введення речовин при певних концентраціях, що пригнічують ферментативну діяльність клітин, дозволяло підтримувати цю діяльність навіть при концентраціях вищих, ніж ті, які припиняли її при раптовому введенні інгібітора. Це, в свою чергу, пояснює постійне розширення області застосування біохімічних методів очищення стічних вод від виробничих забруднень. За сучасними уявленнями, активний мул - це скупчення мікроорганізмів, в яких клітини оповиті густою «павутиною»
розчинних або слаборозчинних позаклітинних полімерних утворень, що складаються з полісахаров, протеїнів, рибонуклеїнових і дезоксінуклеінових кислот (РНК, ДНК), які містять багато "ключових" функціональних груп (карбоксильні, гідроксильні, сульфгідрильні та ін.), які поводяться як аніонні сполучні майданчика. Біохімічне та біофізичне взаємодія між пластівцями мулу і забрудненнями дозволяє досить швидко витягати з води і нерозчинені забруднення за рахунок сорбції їх активному мулом, хоча вони і не встигають гидролизоваться клітинним речовиною. Слід зазначити, що сумарна поверхня мікроорганізмів досягає 100 м на 1 г сухої речовини мулу, що в свою чергу пояснює величезну сорбционную здатність мулу і потреба в ефективному перемішуванні вмісту басейну. Однак основна маса вилучених таким чином дрібнодисперсних і колоїдних забруднень, що не затриманих в первинних відстійниках, що не гідролізується і, отже, не окислюється активним мулом, що призводить лише до вагового збільшення маси мулу в аераційне спорудженні. З інженерної точки зору визначальними для технологічного і конструктивного оформлення процесу біологічної очистки будуть швидкості вилучення забруднень з води, що очищається, тобто власне процесу очищення води і швидкості біохімічного розкладання вилучаються забруднень. У зв'язку з цим представляють інтерес основні закономірності розвитку колонії мікроорганізмів, що вводиться в контакт з рідиною, що містить поживні речовини, при достатньому забезпеченні її розчиненим киснем. У цьому розвитку можна виділити наступні фази: I - лаг-фазу, або фазу адаптації, яка спостерігається відразу після введення микробиальной культури в контакт з живильним середовищем і в якій практично не відбувається приросту біомаси. Тривалість цієї фази залежить як від природи органічних речовин і ступеня адаптованості мікроорганізмів до них, так і від умов, в які вноситься микробиальная маса; II - фазу експоненціального зростання (фазу прискореного зростання) мікроорганізмів, в якій надлишок поживних речовин і відсутність (або вельми незначна присутність) продуктів обміну речовин сприяють підтримці максимально можливої в даних умовах швидкості розмноження клітин, яка визначається лише біологічною сутністю процесу їх відтворення; III - фазу уповільненого зростання, в якій швидкість росту біомаси речовин і накопичення продуктів метаболізму в культуральному середовищі; IV - фазу нульового зростання (або припинення росту), в якій спостерігається практично стаціонарний стан в кількості біомаси, що свідчить про рівновагу між наявністю поживних речовин і накопиченої біологічною масою; V - фазу ендогенного дихання (або фазу самоокисления), в якій через нестачу харчування починаються відмирання і розпад клітин, що ведуть до зниження загальної кількості біомаси в біологічному реакторі.
З рис. 11.5 видно, що зазначеним фазам зростання микробиальной маси відповідає і динаміка зміни концентрації поживних речовин, виражених через БПК, і, отже, можна зробити наступні вельми важливі для технічної реалізації процесу укладення: • при біологічному очищенні значна частина забруднень, що містяться в стічних водах, трансформується в біологічну масу або, іншими словами, розчинені і інертні зважені органічні речовини в результаті метаболічної активності мікроорганізмів і сорбційної здатне сті активного мулу перетворюються в біологічну масу, порівняно легко отделимую від очищеної води; • тривалість вилучення і окислення містяться в стічній воді органічних забруднень буде тим коротше, чим довше маса мікроорганізмів буде в контакті з ними; • при падінні вмісту органічних речовин в рідини, що очищається нижче певної межі життєдіяльність мікроорганізмів триває, але вже або за рахунок накопичених поживних речовин, або за рахунок їх власної маси, тобто отміра- ня і окислення мікроорганізмів зі зниженням загальної їх маси
Встановлено, що микробиальная маса, що зазнала впливу фази самоокисления, будучи введена знову в контакт з живильним середовищем, відновлює свою колишню метаболічну активність із значною затримкою в порівнянні з біомасою, що не піддавалася до цих дій. Хоча крива зростання, заснована на кількісній оцінці біомаси, що виростала на поживних речовинах, наявних в культуральному середовищі, дає гарне уявлення про динаміку перетворення маси забруднень в біологічну масу мікроорганізмів, вона не відображає фізіологічних змін, що відбуваються в клітинах на різних стадіях розвитку біомаси в цілому. Так, якщо в фазах II і III йде бурхливе зростання біомаси, культура «омолоджується» і в ній переважають нові клітини, то в фазі IV спостерігається рівновага між зростанням живих і розпадом відмерлих клітин, а в фазі V спостерігається переважання відмирання клітин над їх ростом. Природно, що фізіологічний стан клітин не залишається постійним і різних фазах росту біомаси і буде характеризуватися їх різної метаболічної активністю. Іншими словами, вік микробиальной культури робить істотний вплив на швидкість біохімічних процесів, що протікають в біологічному реакторі, і його підтримка в певному діапазоні дозволить забезпечити оптимальні умови розвитку біомаси для досягнення поставлених технологічних параметрів вилучення і окислення органічних забруднень із стічних вод, що надходять в Аераційне спорудження.
Технологічна схема очисної станції з біологічним очищенням стічних вод в аеротенках: 1 - стічна вода; 2 - решітки; 3 - пісколовки; 4 - преаератори; 5 - первинні відстійники; 6 - аеротенки; 7 - вторинні відстійники; 8 - контактний резервуар 9 - випуск; 10 - покидьки; 11 - дробарки; 12 - піскові майданчики; 13 - ілоуплотнітелі 14 - пісок; 15 - надлишковий активний мул; 16 - циркуляційний активний мул 17 - газгольдери; 18 - котельня; 19 - машинне будинок; 20 - метантекі; 21 - цех механічного зневоднення збродженого осаду; 22 - газ; 23 - стиснене повітря 24 - сирої осад; 25 - зброджених осад; 26 - на добриво; 27 - хлораторної установки; 28 - хлорне вода
Класифікація аеротенків по гідродинамічного режиму (змішувачі, витискувачі, з розосередженим випуском води), по навантаженню на активний мул (класичні, високонавантажувані, повного окислення).
Схема реалізації біологічного процесу очищення стічної води в проточному режимі в аеротенках з поверненням мулу з вторинних відстійників і виведенням надлишкового мулу на обробку отримала назву класичної аерації.
Ця схема включає аераційні і відстійні споруди, обладнання та комунікації для подачі і розподілу стічних вод по аеротенках,
збору і подачі мулової суміші наілоотделеніе, відведення очищеної води, забезпечення повернення в аеротенки циркуляційного активного мулу і видалення надлишкового мулу, подачі і розподілу повітря в аеротенках (рис. 12.2).
Разом з тим в реальних умовах неможливо забезпечити повне відпо-ствие подачі кисню швидкості його споживання. Тому на відміну від класичної схеми в цій модифікації здійснюється поетапне ре-вання подачі повітря по довжині аеротенках, більш-менш прибл-лишнього до потреб процесу очищення в кисні, що дозволяє істотно підвищити економічну ефективність роботи системи аерації. У деяких випадках до половини необхідної кількості віз-духу подається в першій 1/4 довжини аеротенках. Така ступенчатость позволя-ет підтримувати концентрацію розчиненого кисню на мінімально можливому з точки зору протікання біологічних процесів рівні, уникаючи як нестачі кисню, так і його надлишку по всій довжині аеротіт-ка. Ця схема забезпечує сприятливий кисневий режим, по ній працюють широко застосовуються в даний час аеротенки-витискувачі з пневматичною системою аерації.
Зани-мающіхся проміжне положення між аеротенками-витискувачами і аеротенках-змішувачами, є аеротенки з розосереджених пода-чий води. У цих спорудах певною мірою сполучення-ються переваги аеротенках-витіснювача, що забезпечує високу ка-кість очищення, з достоїнствами аеротенках-змішувача, що дозволяє ус-редную навантаження на активний мул уздовж споруди.
Мал. 12.6. Аеротенк з рассредото-ченним впусканням води на очистку
Це особливо важливо при необхідності зняти залпові перевантаження-ки активного мулу, або через випадкових підвищень концентрації забруднюючих-нений, або при непередбаченому надходженні токсичних або інших шкоду-них для біологічних процесів речовин. В аеротенках, що працюють за схемою розміщеної подачі води, активний мул подається зосереджений-но в торець головної частини аеротенках, а стічна вода вводиться в декількох точках аеротенках уздовж про-дольной стіни. Випуск ило-вої суміші здійснюється в кінці аеротенках.
Остання точка вво-да стічної води повинна знахо-диться на відстані від вихо-да з аеротенках, забезпечують-вающий достатню для із '-ємства і окислення забруднень перебування стічної води і виключає можливість "проскакування» не окислених забруднень. Слід зазначити, що в цій модифікації можуть з успіхом застосовуватися і змінна по довжині аеротенках аерація, і поздовжнє секціонування аеротенках, а при необхідності і введення регенерації активного мулу в головній частині аеротенках за рахунок віддалення від входу в аеротенк першої точки впуску сточ-ної рідини. При цьому аеротенк функціонує за схемою витіснювача.
На основі розглянутих вище модифікацій процесу біохімії-чеський очищення стічних вод в аеротенках можна зробити висновок про те, що головним критерієм, що обумовлює характеристики аеротенках, є гідравлічна схема його функціонування. Згідно з нею можна класифікувати аеротенки на:
аеротенки-витискувачі - споруди з зосередженим впусканням води і активного мулу в них зі знижується навантаженням на актив-ний мул уздовж споруди;
аеротенки з розосередженим уздовж споруди впусканням очи-щаемой води і зосередженим впусканням активного мулу в них при циклічно змінюється вздовж споруди навантаженні на ак-тивний мул;
аеротенки-змішувачі - споруди з однаковим навантаженням на мул по всьому об'єму споруди. Схема впуску води і мулу в нього (со-осередок або розосереджена) визначається конструктив-ними особливостями споруди, що забезпечують оптималь-ні умови для повного і максимально швидкого змішування води, що очищається і активного мулу.
Розрізняють також аеротенки проточного та контактного режимів дії; з пневматичної або механічної (або змішаної) системою аерації і ін.