Состав активного ила и биопленки

План

1. Общие положения

2. Закономерности распада органических веществ

3. Влияние различных факторов на скорость биохимического окисления

4. Очистка в природных условиях

5. Очистка в искусственных сооружениях

6. Анаэробные методы биохимической очистки

7. Обработка осадков

8. Рекуперация активного ила

А.И. Родионов, В.Н. Клушин, Н.С. Торочешников, Техника защиты окружающей среды, с. 324-370.

Общие положения

Биохимический метод применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворённых органических и некоторых неорганических веществ (сероводорода, сульфида, аммиака, нитритов).

● Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности. Органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода.

Сточные воды, направляемые на биохимическую очистку, характеризуются величиной БПК и ХПК.

БПК – это биохимическая потребность в кислороде или количество кислорода, используемого при биохимических процессах окисления органических веществ (не включая процессы нитрификации) за определённый промежуток времени (2, 5, 8, 10, 20 суток), в мг О₂ на 1мг вещества. Например, БПК₅ – биологическая потребность кислорода за пять суток. БПК _полн. – полная биохимическая потребность в кислороде до начала процесса нитрификации.

ХПК – химическая потребность в кислороде, то есть количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, необходимого для окисления всех восстановителей, содержащихся в воде.

ХПК выражают в мг. О₂ на 1 мг вещества.

● Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы частично разрушают их, превращая в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы.

● Другая часть вещества идёт на образование биомассы.

Разрушение органического вещества микроорганизмами называют биохимическим окислением. Некоторые органические вещества способны легко окисляться, а некоторые – не окисляются совсем.

Возможность биохимического окисления сточных вод, не содержащих ядовитых веществ, устанавливают по отношению БПК _полн. и ХПК. При отношении

(БПК_полн./ХПК) > 0,5∙100 = 50% вещества поддаются биохимическому окислению. При этом повторяю, сточные воды не должны содержать ядовитых веществ и тяжелых металлов.

● Для неорганических веществ, которые не поддаются окислению, также устанавливают максимальные концентрации. Если такие концентрации превышены, воду нельзя подвергать биохимической очистке.

● Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки сточных вод.

Аэробный метод основан на использовании аэробных групп микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный доступ кислорода и температура 20-40°С.

● При аэробном методе очистки микроорганизмы культивируются в активном иле или биопленке.

Анаэробные методы очистки протекают без доступа кислорода; их используют для обезвреживания осадков.

Состав активного ила и биопленки

Активный ил состоит из живых организмов и твердого субстрата. Живые организмы представлены скоплением бактерий и одиночными бактериями, простейшими червями, плесневыми грибами, дрожжами, актиномицетами и водорослями. Сообщество всех живых организмов, населяющих ил, называется биоценозом. Биоценоз активного ила в основном представлен двенадцатью видами микроорганизмов и простейших.

Скопления бактерий в активном иле окружены слизистым слоем (капсулами). Такие скопления называются зооглеями.

Слизистые вещества содержат антибиотики, способные подавлять ниточные бактерии. Бактерии, лишенные слизистого слоя, с меньшей скоростью окисляют загрязнения.

● Активный ил представляет собой амфотерную коллоидную систему, при pH = 4-9 имеющую отрицательный заряд. Элементарный химический состав, не зависимо от характера сточных вод, одинаков.

При очистке промышленных сточных вод преобладают аэробные микроорганизмы.

Биопленка растет на наполнителе биофильтра, она имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1-3 мм и более. Цвет ее меняется с изменением состава сточных вод от серовато-желтого до темно-коричневого.

Биохимический показатель

Биоразлагаемость сточных вод характеризуется через биохимический показатель, под которым понимают отношение БПК_полн./ХПК.

Биохимический показатель является параметром, необходимым для расчета и эксплуатации промышленных сооружений для очистки сточных вод.

Промышленные сточные воды имеют низкий биохимический показатель (0,05-0,3), бытовые сточные воды – свыше 0,5.

По биохимическому показателю, концентрации загрязнений и токсичности промышленные сточные воды делятся на четыре группы:

● первая группа имеет биохимический показатель 0,2. К этой группе относятся сточные воды пищевой промышленности. Органические соединения этой группы не токсичны для микробов;

● вторая – 0,1-0,2 – коксохимы, азотнотуковые, газосланцевые, содовые заводы. Эти воды после механической очистки можно направлять на биологическую;

● третья – 0,01-0,001 – сточные воды процессов сульфирования, хлорирования, ПАВ. Эти воды нуждаются в механической и физико – химической очистке;

● четвертая – ниже 0,001. Воды содержат взвешенные частицы. К этим водам относятся стоки угле- и рудообогатительных фабрик. Для них используют механическую очистку.

Сточные воды первой и второй групп относительно постоянны по виду и расходу загрязнений. После очистки можно применять в оборотном водоснабжении.

Сточные воды третьей группы загрязнены водорастворимыми веществами, устойчивыми к биохимическому окислению. Непригодны для оборотного водоснабжения.

Обработка осадков

В процессе биохимической очистки в первичных и вторичных отстойниках образуются большие массы осадков, которые необходимо утилизировать или обрабатывать с целью уменьшения загрязнения биосферы. Эти операции весьма затруднены, поскольку осадки имеют разный состави большую влажность.

Их подразделяют на три группы:

1) осадки в основном минерального состава,

2) осадки органического состава,

3) смешанные осадки.

Осадки характеризуются:

1) содержанием сухого вещества (в г/л или в %),

2) содержанием беззольного вещества (в % от массы сухого вещества),

3) элементным составом,

4) кажущейся вязкостью и текучестью,

5) гранулометрическим составом.

Осадки сточных вод представляют собой трудно фильтруемые суспензии.

Во вторичных отстойниках в осадке находится избыточный активный ил, объем которого в 1,5-2 раза больше, чем объем осадка из первичного отстойника.

В осадках содержится 60-65% свободной воды и 30-35% - связанной (коллоидно-связанная). Связанную воду выделяют путем введения коагулянтов.

Основными стадиями обработки осадков являются:

1) уплотнение активного ила,

2) стабилизация осадков,

3) кондиционирование осадков,

4) тепловая обработка,

5) жидкофазное окисление,

6) обезвоживание,

7) сжигание.

1) Уплотнение активного иласвязано с удалением свободной влаги. При уплотнении осадков удаляется 60% влаги, и масса осадка сокращается в 2,5 раза. Наиболее трудно уплотняется активный ил.

Для уплотнения используют следующие методы:

♦гравитационный,

♦ флотационный,

♦ центробежный,

♦вибрационный.

2) Стабилизация осадков. Этот процесс проводят дляразрушения биологически разлагаемой части органического вещества на диоксид углерода, метан и воду.

Стабилизацию ведут при помощи микроорганизмов в анаэробных и аэробных условиях. Наиболее широкое распространение получили метантенки.

3) Кондиционирование осадков - это процесс предварительной подготовки осадков перед обезвоживанием или утилизацией.

Кондиционирование проводят реагентными и безреагентными способами.

При реагентной обработке осадка происходит коагуляция коллоидных частиц. Наиболее эффективным коагулянтом является смесь хлорного железа и извести.

4) Тепловая обработка – это нагревание осадка в автоклавах до 170-200°С в течение 1 часа. За это время разрушается коллоидная структура осадка, часть его переходит в раствор, а остальная – уплотняется и фильтруется.

5) Жидкофазное окисление заключается в том, что органическое вещество осадка окисляют кислородом воздуха при высокой температуре и давлении.

6) Обезвоживание осадков. Осадки обезвоживают на иловых площадках и механическим способом.

Иловые площадки – это участки земли (корты) со всех сторон окруженные валами.

Термические методы обработки осадков. Сушку осадков производят в случае их подготовки к рекуперации. Для сушки применяют конвективные сушилки. В качестве сушильного агента используют топочные газы, перегретый пар и горячий воздух. Наиболее часто применяют дымовые газы при 500-800°С. Широкое распространение для термической сушки обезвоженных осадков сточных вод получили барабанные сушилки.

7) Сжигание проводят в тех случаях, когда их утилизация невозможна или нецелесообразна, а также отсутствуют условия для их складирования.

Рекуперация активного ила

Считая на сухое вещество, активный ил содержит 37-52% белков, 20-35% аминокислот, а также витамины группы В.

Он может быть использован для кормления сельскохозяйственных животных, рыб и птиц.

Разработаны различные технологические схемы получения белково – витаминных кормовых продуктов (белвитамила), кормовых дрожжей и получения витамина В₁₂ для комбикормовых заводов.

Разработана технология получения активного угля. В этих целях активный ил подкисляют и смешивают с формальдегидом. Далее проводят карбонизацию, то есть пиролиз в печах без доступа воздуха при 700-800°С.