Рациональное водопользование и защита водных ресурсов ^&Ц

некоторых микроорганизмов питаться растворенными в воде органиче­скими и некоторыми неорганическими веществами. В процессе потребле­ния этих веществ происходит их окисление кислородом, растворенным в воде. Часть окисляемого микроорганизмами вещества используется для увеличения биомассы и для размножения этих организмов, а другая пре­вращается в безвредные продукты окисления - воду, диоксиды углерода, азота и др.

Для создания новых клеток микроорганизмы используют углерод, во­дород, кислород, серу и микроэлементы, которые они получают из разру­шаемых органических веществ. Недостающие для построения клеток эле­менты, чаще всего азот, фосфор и калий, приходится добавлять в очищае­мые стоки в виде солей или очищать производственные сточные воды со­вместно с бытовыми.

Микроорганизмы, которые участвуют в процессе биологической очи­стки, формируются в виде активного ила или биопленки. Активный ил имеет вид буро-желтых мелких хлопьев размером 3—150 мкм, взвешен­ных в воде и представляющих собой колонии живых микроорганизмов, в том числе бактерий, образующих слизистые капсулы (зооглеи). Биоплен­ка — это слизистые обрастания живыми микроорганизмами фильтрующего материала очистных сооружений.

Микроорганизмы, образующие ил и биопленку, весьма разнообразны. Самую многочисленную группу составляют бактерии: в одном грамме су­хого ила их содержится от 10⁸ до 10¹² клеток. Имеется много видов бакте­рий, каждый из которых способен окислять преимущественно определен­ные вещества.

Поэтому если в сточные воды будут введены новые вещества, то пона­добится некоторое время, чтобы бактерии, способные использовать имен­но эти вещества, размножились в достаточном количестве и смогли обес­печить наилучшую очистку.

На интенсивность и эффективность очистки оказывают влияние усло­вия жизнедеятельности микроорганизмов в очистных сооружениях. Пре­жде всего для окисления органических веществ микроорганизмам необ­ходим кислород. Для насыщения сточной воды кислородом ее аэрируют, разбивая воздушный поток на пузырьки, которые как можно более равно­мерно распределяют в объеме сточной воды. Из пузырьков воздуха ки­слород абсорбируется водой, а затем переносится к микроорганизмам. Подаваемый воздух распределяется посредством фильтросов, диффузо­ров, перфорированных труб. Недостаточная подача воздуха замедляет процесс очистки.

Питательными веществами для микроорганизмов активного ила явля­ются загрязняющие воду органические вещества, однако избыточная их концентрация в сточных водах может умертвить микроорганизмы. Но от­сутствие в стоках достаточного количества веществ, необходимых для пи-

ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

тания и построения новой биомассы, также вызывает отмирание микроор­ганизмов.

Большое значение имеет температурный режим биологической очист­ки. При понижении температуры сточной воды с 20 до 6 °С скорость про­цесса очистки замедляется примерно в два раза, а при увеличении темпе­ратуры от 20 до 37 °С скорость биохимического окисления повышается в 2 - 2,5 раза. На практике температуру поддерживают в пределах экологи­ческого оптимума (20 - 30 °С).

Для сохранения интенсивности процесса очистки в зимнее время под­держивают более высокую концентрацию активного ила в воде и обеспе­чивают более интенсивную аэрацию, которая активизирует обменные процессы в клетках микроорганизмов.

Наиболее благоприятной средой для бактерий является нейтральная или слабощелочная. При 9 < рН < 5 эффективность очистки резко снижа­ется.

Эффективность биологической очистки также зависит от количества активного ила в очищаемой сточной воде. Чем больше концентрация ила в воде, тем интенсивнее процесс очистки, при условии, что в воде имеется достаточное количество кислорода, обеспечивается хорошее перемешива­ние воды, ила и воздуха. Обычно концентрация ила поддерживается в пределах 2 - 4 г/л.

На практике используют два метода биологической очистки сточных вод - аэробный и анаэробный.

Аэробный метод осуществляется бактериями при наличии в воде ки­слорода. Аэробные процессы биологической очистки могут протекать в естественных условиях и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Естественные процессы биологической очистки являются экстенсивными, и в настоящее время они гораздо реже исполь­зуются в практике очистки промышленных сточных вод.

Искусственными сооружениями являются аэротенки и биофильтры разной конструкции. Выбор типа сооружения производится с учетом ме­стоположения предприятия, климатических условий, источника водо­снабжения, объема промышленных и бытовых сточных вод, состава и концентрации загрязнений. В искусственных сооружениях процессы очи­стки протекают с гораздо большей скоростью, чем в естественных усло­виях, поэтому аэробная биологическая очистка промышленных сточных вод является основным методом во многих отраслях промышленности.

Имеется много видов и конструкций аэротенков, но все они построе­ны по одному принципу: смесь воды и активного ила медленно движется по прямоугольным вытянутой формы резервуарам (секциям) аэротенка и непрерывно насыщается воздухом, подаваемым в воду через фильтросы, уложенные на дно резервуара вдоль его продольной стенки или другим

Рациональное водопользование и зашита водных ресурсов 2Ш1

способом. Пузырьки воздуха, поднимаясь, перемешивают активный ил со сточными водами и не дают хлопьям оседать на дно аэротенка. Внешне это выглядит так, как будто вода кипит. Такое перемешивание обеспечи­вает интенсивный процесс окисления загрязнителей сточных вод.

Аэротенки могут быть классифицированы по гидродинамическому режиму работы как аэротенки идеального вытеснения; аэротенки идеаль­ного смешения; аэротенки промежуточного типа. На практике чаще всего применяют аэротенки-вытеснители и аэротенки-смесители.

На рис. 4.49 показана схема аэротенка-вытеснителя. Очищаемая вода через первичный отстойник 1 по вводу 2 поступает в аэротенк 3 и, пройдя его, по выводу 4 попадает во вторичный отстойник 5, в котором отделяет­ся активный ил. Очищенная вода по трубопроводу 6 отправляется на дальнейшую обработку. Часть активного ила по трубопроводу возвратно­го ила 8 возвращается в процесс очистки (в голову аэротенка), а излишек удаляется из системы через трубопровод 7.

Аэротенки-вытеснители имеют ряд недостатков; в частности, в них нельзя повысить интенсивность процесса очистки, увеличивая концентра­цию активного ила. Они очень чувствительны к перегрузкам, поэтому по­сле каждого нарушения режима требуется длительное время для восста­новления работоспособности системы.(17)

Более целесообразно применение аэротенков-смесителей, в которых" смесь сточной воды и активного ила вводится вдоль всей продольной стенки аэротенка, а вывод осуществляется с противоположной стороны. При этом порции поступающего стока почти мгновенно перемешиваются со всей массой очищаемой жидкости и активного ила, что позволяет рав­номерно распределить загрязнения и растворенный кислород в объеме аэ­ротенка.

Схема устройства аэротенка-смесителя показана на рис. 4.50.

Разработана и широко используется очистка сточных вод в окситенках с использованием вместо воздуха чистого кислорода и активного ила с высокой концентрацией. Концентрацию кислорода в воде окситенков до­водят до 10 - 12 мг/л (вместо 2-4 мг/л в аэротенках), а дозу активного ила до 15 г/л (в аэротенках - 2 - 4 г/л); при этом окислительная мощность

ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

окситенков оказывается выше, чем у аэротенков, в 5 - 6 раз. Этот способ целесообразно использовать на тех предприятиях, где имеется собствен­ный технический кислород, или он может быть получен с соседних хими­ческих предприятий.

Процесс очистки сточных вод в аэротенках весьма сложен, требует по­стоянного контроля и управления. Управлять процессом биологической очистки можно, изменяя концентрацию активного ила в аэротенке, режим аэрации, а также поддержанием оптимальных концентраций загрязняю­щих веществ в сточных водах, подачей в них биогенных веществ, подбо­ром соответствующих загрязнителям групп микроорганизмов и другими способами.(18)

Для аэробной очистки также применяют биофильтры. Это сооруже­ния, в корпусе которых размещается кусковая насадка и предусмотрены распределительные устройства для сточной воды и воздуха. В биофильт­рах сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытой пленкой микроорганизмов, которые окисляют органические вещества, используя их для удовлетворения физиологических нужд. Таким образом из сточной воды удаляются органические соединения, а масса активной биопленки увеличивается. Отработанная биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра. На процесс очистки в биофильтре зна­чительное влияние оказывает температура внешней среды. Биохимиче­ские процессы протекают с выделением тепла, биофильтры сами себя обогревают, а крупные установки, защищенные от ротери тепла, работают и при небольших морозах (до - 6 °С).

Биофильтры имеют много недостатков. Управлять процессом очистки в них можно только, регулируя подачу воды; они заиливаются, отчего резко падает их окислительная способность; в процессе работы биофильт­ра часто возникают неприятные запахи; в них заводятся неспецифические организмы, в частности личинки мух, которые разрыхляют биопленку, и