Теорія процесів біологічної очистки стоків

Біохімічне очищення стічних вод

Біологічне очищення заснована на здатності мікроорга-низмов використовувати в якості джерела живлення забруднення стічних вод.

Біохімічний спосіб є деструктивним, оскільки призводить до повного або часткового зруйнований-ня забруднювачів, зміни їх стану у водних розчинах.

Бактерії можуть окисляти клітковину, гумінові речовини, уг-леводороди. Деякі з них отримують енергію, окислюючи вос-становлення мінеральні сполуки. На біоматеріалу можуть також сорбироваться іони важких металів і деякі ток-Січной з'єднання, наприклад бензапірен. Енергія, яка ви-виділяється при окисленні, використовується для біосинтезу речовини клітин бактерій з великою ефективністю. Тобто бактеріаль-ва деструкція супроводжується продукуванням біомаси.

Біохімічні показники. Стічні води, що направляються на біохімічну очистку, що характеризується величиною БПК і ХПК. БПК - це біохімічна потреба в кисні, тобто кількість кисню, використаного при біохімічних процесах окислення органічних речовин (без урахування процесу нітрифікації) за певний проміжок часу (2, 5, 8, 10, 20 діб), в мг О2 на 1 мг речовини. Наприклад БСК5 - біохімічна потреба в кисні за 5 діб, БПКполн - повна БПК до початку процесу нітрифікації. ГПК - хімічна потреба в кисні, тобто кількість кисню, еквівалентну кількості витрачається окислювача, необхідного для окислення всіх відновників, що містяться у воді. ГПК також висловлюють в мг О2 на 1 мг речовини.

Біохімічної активністю мікроорганізмів називають біохімічну діяльність, пов'язану з руйнуванням органічних забруднень стічних вод. Можливість біохімічного окислення (биоразлагаемость стічних вод) характеризується через біохімічний показник, тобто ставленням БПКполн / ХСК. Його значення коливається в широких межах для раз-особистих груп стічних вод: промислові стічні води мають низький біохімічний показник (0,05 ... 0,3), побутові стічні води - понад 0,5. При відношенні (БСК / ХСК) 100% = 50% речовини піддаються біохімічному окисленню.

Теорія процесів біологічної очистки стоків

Всі біологічні методи поділяються на дві групи, в яких бактеріальна маса працює в умовах:

- аеробних. використовують аеробні мікроорга-нізми, життя яких вимагає присутності у воді вільного ки-слорода;

- анаеробних. руйнування домішок відбувається із-дит анаеробними організмами без доступу кисню. Цей ме-тод застосовується рідше і в основному як попередня стадія перед аеробних окисленням або для зброджування опадів.

Обидві групи способів здійснюються або в термофільному (при температурі 30-40 0 С) або в мезофільному режимі (20-30 0 С).

Методи біологічного очищення поділяють на очистку в природних (біологічні ставки) і спокуса-ських умовах (аеротенки, біофільтри).

У процесах біологічного очищення стічних вод частина окисляються мікроорганізмами речовин використовується в процесах біосинтезу (утворення біомаси - активного мулу або біоплівки), а інша частина перетворюється в продукти окислення: воду, CO2. NO3 і т.д.

Принцип дії сучасних апаратів заснований на мето-дах безперервного культивування мікроорганізмів (рис.).

Мал. Принципова схема уста-новки біоочищення з аеротенків:

1 - аеротенк; 2 - вторинний відстійник; 3 - ре-генератор

Процес вилучення і споживання мікроорганізмами орга-нічних домішок стічних вод складається в основному з трьох ста-дій:

- массопередачи органічної речовини і кисню з рідини до поверхні клітини;

- дифузії речовини і кисню через напівпроникну мембрану клітин;

- метаболізму дифундувати речовин, що сопровож-дається приростом біомаси, виділенням енергії, СО2 і т. п.

Дослідження і практика показують, що основна роль в процесах очищення належить стадії метаболізму.

Інтенсивність і ефективність біологічної очистки оп-ределяются швидкістю розмноження бактерій. З точки зору ме-ханізм процесу найбільш характерні дві тимчасові стадії на рис.

Мал. Залежність концентрації забруднення-ний в очищується воді (L) і

маси мікрофло-ри (а) від тривалості процесу

Стадія 1 - стадія фізіологічної активності (1), де спостерігається різке падіння концентрації забруднень і відповідно різке збільшення кількості активної маси.

Середня стадія 2 - так звана «максі-мально стаціонарна» - характеризується тим, що приріст бакте-рій компенсується їх загибеллю. Тобто тут фізіологічна активність клітин дуже мала і закінчується період їх актив-ного розвитку.

Для організації ефективного очищення необхідно підтримувати мікроорганізми весь час в стадії фізіологічної активності. Цій стадії сприяє постійний приплив стоків і незмінні концентрації субстрату.

♣ Биоценоз активного мулу і біоплівки

В процесі біоочищення формується біоценоз мікроорга-низмов (активний мул або біоплівки), склад якого залежить від характеру домішок стічних вод, вихідного посівного матеріалу і умов проведення процесу. Активний мул являє собою пластівці темнуватого кольору, що складаються з великого числа багато-шаровий розташованих або зфлокульованого клітин. Він є-ється амфотерним колоїдів, які мають на поверхні частинок в інтервалі рН 4-9 слабкий негативний заряд.

Біоплівка, яка формується на поверхні завантаження, наприклад в біофільтрах, являє собою слиз товщиною 1-3 мм такого ж темного, темно-зеленого кольору.

Суху речовину активного мулу - це приблизно 70-90% органічних і 10-30% мінеральних речовин.

Активний мул (біоплівка) являє собою складний комплекс мікроорганізмів різних систематичних груп (бактерій, найпростіших, грибів), між якими складаються певні взаємовідносини: симбіотичні (взаємокорисних) або антагоністичні (ворожі).

Найчисленніша група мікроорганізмів в активному мулі - бактерії. Число їх коливається від 10 8 до 10 12 клітин на 1 г сухого мулу. З активного мулу виділено понад 100 штамів бактерій.

Скупчення бактерій в активних мулах і біоплівки оточені слизовим шаром і називаються зооглея. Зооглейние мули мають високу ферментативну активність і хороші фізичні характеристики. Співвідношення капсульних і бескапсульних форм бактерій називається коефіцієнтом зооглейності K. При K<10 наблюдается развитие нитчатых бактерий. плохое уплотнение и вспухание ила. При K>10 зростає швидкість біохімічного окислення я органічних речовин.

В біоценозах активних мулів і биопленок зустрічаються представники найпростіших: саркодові, інфузорії. Функції найпростіших в біоценозах до кінця не встановлені. Очевидно, що безпосередньої участі в очищенні стічних вод найпростіші не приймають. Однак, харчуючись бактеріями, вони регулюють їх кількість. Найпростіші сприяють освітленню води, розпушують біоплівку і т.д. Поїдаючи менш рухливі старі бактеріальні клітини, найпростіші обумовлюють омолодження біоценозу, збільшення коефіцієнта зооглейності, активності біоценозу.

Крім того, в активних мулах і біоплівках зустрічаються мікроскопічні тварини - коловертки, гриби, водорості, черв'яки, кліщі, личинки мух.