Биологическая аэробная очистка сточных вод. «Биологическая аэробная очистка сточных вод. Основные узлы и технологическая схема». (4ч).
- Биоценоз очистных сооружений и его роль.
а) биоценоз очистных сооружений
б) влияние очистки на биоценоз активного ила
Механизмы биологического окисления.
Влияние различных факторов на эффективность биологической аэробной очистки.
а) влияние t, рН, биологических а) биоценоз очистных сооружений
Элементов, уровня питания.
б) влияние кислородного режима, токсичных веществ
в) влияние ионов тяжелых металлов
Основные узлы сооружений аэробной биологической очистки
И технологическая схема
а) Принцип действия и тип аэротенков
б) Технологическая схема очистки воды
в) особенности очистки промышленных сточных вод
г) биофильтры, поля орошения и фильтрации
- Биоценоз очистных сооружений и его роль.
а) биоценоз очистных сооружений
б) влияние очистки на биоценоз активного ила
в) химический состав промышленных стоков г. Саранска
Существует несколько способов биологической очистки сточных вод. Однако различия между ними не принципиальны. Во всех случаях основными очистителями воды служат м/о. сооружения, предназначенные для извлечения из сточной жидкости загрязняющих веществ, имитируют процессы самоочищения воды в природе, но интенсивность процессов в них гораздо выше. В случае аэробной очистки это достигается путем непрерывной и интенсивной аэрации воды.
Стабильно работающие сооружения биологической очистки имеют все признаки экологической системы: ограниченный объем с достаточно однородными условиями существования (биотоп), сложившийся биоценоз, установившийся процесс превращения энергии. В биоценозах различных очистных сооружений всегда присутствуют бактерии и простейшие. Кроме того, в биоценоз могут входить водоросли, грибы, черви и различные членистоногие. Условия существования в узле биологической очистки должны обеспечивать возможность нормальной жизнедеятельности живых организмов, и поэтому к жидкости, поступающей на сооружения биологической очистки, предъявляются определенные требования.
Не все сточные воды имеет смысл подвергать биологической очистке. Если в них отсутствуют органические вещества или их количество слишком мало, то биологическая очистка не требуется. Однако на практике такое встречается редко. Чаще всего в сточной жидкости присутствуют биогенные и неорганические загрязнители.
а) биоценоз очистных сооружений
Тип аэротенка, технологический режим работы, химический состав поступающей СВ оказывают большое влияние на формирование биоценоза аэротенк. Весьма ограниченно представлены черви и членистоногие, состав простейших беднее чем в водоемах. Микробное население активного ила весьма разнообразно. Наибольшее распостранение получили псевдомонады, кокковые формы и бациллы. Характерная особенность активного ила - слизеобразование. Бактериальные клетки, составляющие основную массу хлопьев активного ила, окружены капсулой, благодаря этому они не слипаются друг с другом. Типичный организм активного ила образует разветвленные бактериальные скопления, длинные ленты за счет слизи.
Нитчатые бактерии, обычно содержатся в активном иле в небольшом количестве, чрезмерное их развитие ухудшает работу аэротенка и поэтому не желательно.
Серобактерии постоянно присутствуют в аэротенке и даже служат индикационными м/о. они получают энергию окисляя сероводород до серы и далее до сульфатов. При избытке сероводорода процесс заканчивается образованием элементарной серы которая откладывается внутри клеток. Присутствие сероводорода в аэротенке возможно только в условиях плохой очистки, и поэтому отложение серы в клетках обычно свидетельствует о плохом качестве очистки.
Актиномицеты присутствуют в активном иле постоянно, но как правило в небольшом количестве.
На состав бактерий активного ила большое влияние оказывают внешние факторы и, в том числе, качественный и количественный состав СВ. В активных илах, очищающих промышленные сточные воды со значительным содержанием в них токсичных и медленно окисляющихся соединений, бактериальное население менее разнообразно, чем при очистке хозяйственно – бытовых сточных вод или стоков, богатых легкоокисляемыми органическими веществами.
Многие вещества содержащиеся в производственных и городских СВ богаты легкоокисляемыми соединениями.
Многие вещества содержащиеся в производственных и городских СВ потенциально мутагены, и поэтому бактерии очистных сооружений очень часто по одному или нескольким признакам отличаются от описанных в определителях. По этой причине определение видового состава бактерий активного ила представляет большие трудности.
Подавляющее большинство бактерий, присутствующих в аэротенке, находятся в хлопьях активного ила, только отдельные клетки свободно плавают в иловой жидкости. Причина образования бактериальных скоплений до сих пор не установлена. По одной из теорий, образование хлопьев наблюдается при недостатке питательного субстрата и вызвано ослаблением энергии движения, которой не хватает на то чтобы преодолеть силу взаимного притяжения клеток. В то же время явление слипания бактериальных клеток отмечено и в стареющих монокультурах при избытке питательных веществ. Плотные скопления образуются иногда в условиях высоких концентраций загрязняющих веществ в среде. По-видимому, ослабление энергии движения вызывается различными причинами.
Бактериальный состав активного ила в очень большой степени зависит от химического состава очищаемых сточных вод, и делится на физиологические группы, т.е. имеющие одинаковые потребности в питании и условиях существования.
Такие группы весьма разнообразны. Например: аммонифицирующие, денитрофицирующие, использующие углеводы и органические соли, целлюлозоразлагающие, содержатся практически в любом активном иле.
Специфические бактерии обнаруживаются в аэротенках, очищающих производственные сточные воды содержащие : фенолы – фонолразлагающие бактерии, серу – тиоловые и сульфаторедуцирующие, и тд.
Микрофауна активного ила играет роль санитаров: она поддерживает количество микрофлоры на определенном уровне. Микрофауна, более сем микрофлора, чувствительна к химическим и физическим факторам среды, более подвержена колебаниям при изменении технологического режима, а потому служит показателями работы аэротенка. Удовлетворительно работающий активный ил хар-ся большим разнообразием простейших по видовому составу при небольшом количественном преобладании какого либо вида. Редко встречаются ифузории, жгутиковые, и мелкие амебы. Постоянно присутствуют брюхоресничные и кругоресничные инфузории, бактерии преимущественно в зооглейных скоплениях. Простейшие достаточно подвижны. Хлопья ила плотные, компактные. Ил быстро оседает. Вода над илом прозрачная.
В том случае, когда активный ил не справляется с поступающим загрязнением, биоценоз ила характеризуется малым разнообразием видов при количественном преобладании 2-3 из них. Обычно наблюдается большое количество жгутиковых, малых амеб, Litonus или мелких инфузорий. Иногда в заметных количествах присутстуют круглые черви Opercularia и нитчатые бактерии. Ил содержит разнообразные включения: органические аморфные частицы, мусор. Хлопья ила темные, плотные, вода над илом опалесцирует.
Повышенная концентрация загрязнений приводит к недостатку растворенного кислорода. При этом вортицеллы отрываются от стебелька и образуют свободноплавающую форму «телотрох» с венчиком ресничек на заднем конце. При дальнейшем снижении концентрации кислорода появляются особи вортицелл, раздувшиеся в виде шара, которые затем лопаются и исчезают, Opercularia – с замкнутым ресничным диском, мелкие, неподвижные, коловратки, застывшие в вытянутом состоянии или отмирающие. В большом количестве развиваются жгутиковые: из инфузорий преобладают Paramecium caudatum, как очень выносливая к недостатку кислорода форма, способна развиваться даже в гниющем иле. В большом количестве присутствуют бактерии во взвешенном состоянии. Хлопья ила распадаются. Вода над илом мутнеет.
При низкой концентрации доступных органических веществ в сточной жидкости активный ил испытывает голодание. При этом наблюдается постепенное мельчание простейших, которые становятся прозрачными, их пищеварительные вакуоли исчезают,а инфузории превращаются в цисты. В клетках нитчатых серобактерий исчезает сера. Зооглеи и хлопья ила становятся прозрачными, а вода над илом опалесцирует.
Если сточная жидкость содержит избыток солей аммония, в очищаемой воде может образоваться большое количество нитратов и нитритов. Процесс активной нитрификации чаще наблюдается при недостатке органических соединений, но бывает и при очистке сточных вод богатых органикой, содержащей азот. В случае полной очистки в иле постоянно присутствуют в заметных количествах коловратки Callidina, Rotaria и другие виды, но количественно преобладают круглоресничные инфузории, крупные амебы, пышно развиты Zoogloea ramigera. Возможно присутствие в больших количествах малощетинковых червей. Отсутствуют Chilodon, мелкие амебы, бесцветные жгутиковые. Хлопья ила рыхлые. Характерно всплывание осевшего активного ила.
б) влияние очистки на биоценоз активного ила
При очистке различных промышленных СВ картина активного ила может быть совершенно иной. Это необходимо учитывать при оценке качества очистки в аэротенке.
Упрощенный анализ состояния активного ила основан на том, что при ухудшении качества очистки в жидкости аэротенка возрастает концентрация растворенных органических веществ. Это приводит к увеличению числа форм, питающихся растворенными веществами, т.е. в основном бактерий грибов и частично жгутиковых. Появление свободноплавающих бактерий в большом числе в свою очередь влияет на состав микрофауны.
Преимущественное развитие получают формы простейших, не имеющих специальных приспособлений для седиментации пищи, такие как равноресничные инфузории, кругоресничные со слаборазвитым околоротовым полем, корненожки.
При хорошем качестве очистки, бактерии в основном содержатся в хлопьях, свободноплавающих бактерий мало. Простейшие весьма разнообразны, представлены в основном инфузориями, среди которых преобладают брюхоресничные и кругоресничные. Особенно показательны представители рода Vorticella. При хорошей очистке преобладают формы с хорошо развитым околоротовым полем. При плохом качестве очистки в иловой жидкости содержится много свободноплавающих бактерий. Простейших много, но они представлены малым числом видов. Преобладают мелкие амебы, жгутиковые и мелкие инфузории, преимущественно из отряда равноресничных. Присутствующие вортицеллы имеют слаборазвитое околоротовое поле.
При плохом качестве очистки в иловой жидкости содержится много свободноплавающих бактерий. Простейших много, но они представлены малым числом видов. Преобладают мелкие амебы, жгутиковые и мелкие инфузории, преимущественно из отряда равноресничных. Присутствующие вортицеллы имеют слаборазвитое околоротовое поле.
Частый порок развития ила – «вспухание». Оно заключается в том, что в иле в массовом количестве размножаются нитчатые бактерии и грибы. Их длинные пружинящие нити препятствуют осаждению активного ила во вторичном отстойнике, вследствии чего часть ила выносится с очищенной водой. При этом не только загрязняется водоем, но и снижается количество ила, возвращаемого в аэротенк, и следовательно, его концентрация в аэротенке. Количество загрязнения, приходящегося на единицу ила возрастает, а качество очистки ухудшается. Причины развития нитчатых бактерий Sphaerotilus natans достоверно не установлены. Существует мнение, что оно вызывается нарушением технологического режима и, в частности, недостаточной аэрацией.
Качество очищаемых сточных вод влияет не только на состав биоценоза активного
ила, но и на величину его прироста, т.е. на количество избыточно образующегося ила.
Существует два основных способа наращивания активного ила в аэротенке: адаптация ила взятого из действующего аэротенка к новым сточным водам и аэрация сточных вод без предварительного внесения загрязнений. Какой из способов лучше решается в каждом конкретном случае отдельно. Это зависит от того, насколько совпадают по составу сточные воды, какова в них концентрация загрязнения, насколько велик процент легкодоступных микроорганизмам загрязнений.
Принято считать , что микроорганизмы тратят на конструктивный обмен в среднем 60% усвоенных питательных веществ и на энергетический 40%, но у отдельных м/о это соотношение изменяется: например, азотобактер 20% на пластический, автотрофные организмы единицы и даже доли процента, а дрожжи в некоторых случаях более 60%. Таким образом, величина прироста биомассы активного ила уже на первом трофическом уровне может весьма варьировать.
Еще большее значение имеет соотношение в аэротенке организмов, относящихся к различным трофическим уровням. Максимальный прирост активного ила имеет место в случае, когда в аэротенке имеются организмы, питающиеся простейшими.
Прирост активного ила зависит от используемых органических соединений. Установлено, что на углеводах он составляет 65-85%, на спиртах – 52-66%, на аминокислотах – 32-68%, на органических кислотах – 10-60%, на углеводах – 10-30%.
Помимо органических веществ, для нормальной жизнедеятельности организмам необходимы биогенные элементы, и потребность в них в свою очередь зависит от соотношения конструктивного и энергетического обмена. Так, в случае интенсивного прироста биомассы возрастает потребление соединений азота, который входит в состав белков и нуклеиновых кислот, может наблюдаться дефицит калия, хотя обычно потребность в нем невелика и покрывается за счет калия, присутствующего в сточных водах.
Влияние качества очищенной воды на величину прироста активного ила выражается в том, что в случае высокой степени очистки в иловой смеси снижается концентрация органических веществ и при этом снижается интенсивность обмена и особенно конструктивного. Это приводит к снижению прироста активного ила в системе «аэротенк – вторичный отстойник». Чем больше прирост ила, чем больше образуется избыточного ила, тем меньше его возраст.
При полной очистке городских сточных вод возраст ила обычно составляет 6-8 дней. При очистке высококонцентрированных сточных вод он снижается до 2-3 дней. Молодой быстрорастущий ил обладает более активным обменом, интенсивнее минерализует загрязнения. Старый ил, напротив, малоактивен, процесс очистки в нем протекает менее интенсивно.