Обертаючі біологічні контактори

― це напівзавантаженні в СВ металічні чи пластмасові диски чи барабани, що виготовлені із різних синтетичних матеріалів ― шифер, волокна. Ці диски чи барабани прикріплені до валу, що повільно обертається зі швидкість 1-1.5 об/хв. Біоплівка наростає на поверхні та занурюється у СВ, перемішуючи їх і сорбуючи забруднені сполуки, то піднімається у повітря та добре аерується і окислює поглинені забруднення. Частина біоплівки зривається водою і суспендується у воді і також приймає участь у очищенні.

Біоконтактори використовуються як правило при невеликих витратах СВ.

Переваги біоплівки:

- дуже стійка проти змін у складі та кількості забруднень;

- не боїться залпових скидів;

- витримує коротку дію токсичних речовин;

- швидко відновлює очисні функції.

Недоліки біоплівки:

- якщо плівка формується на інертній поверхні ― спостерігається недостатнє очищення води;

- утворення токсичних метаболітів;

- невелика швидкість фільтрування.

Активний мул

Це осад,що утворюється при біологічному очищенні СВ і містить велику кількість мікроорганізмів, що інтенсивно окислюють органічні речовини. Основна складова ― бактерії, які,або незалежно беруть участь у процесі метаболізму,або ― у процесі співокислення.

Для аеробної мікробної групи активного мулу характерно виключно велика біорізноманітність. На сьогодні ідентифіковано не більше 5 % мікроорганізмів,що виробляються, та які беруть участь в антропному процесі очистки СВ.

Активний мул ― це аеробні мікроорганізми, але при визначених умовах багато аеробних мікроорганізімів можуть бути факультативнимим анаеробами. Можуть рости без О₂ за рахунок інших акцепторів-електронів. Продуктами життєдіяльності активного мулу є вуглекислота, водень, органічні кислоти та спирти.

Переваги аеробного очищення СВ:

ü Висока швидкість.

ü Використання органічних речовин з низькими концентраціями.

Недоліки:

ü При обробці концентрованих СВ потрібні високі енергозатрати на операції.

ü Обробка та утилізація надлишкового активного мулу.

Аеробний процес використовують з ХПК не вище 2000 мг(О)/дм³.

Здійснюється в аеротенках . Це залізобетонний канал глибиною 4-5 м., шириною від 3-11 м. та довжиною від 50-150 м.

СВ подають від одного чи декількох місць, вона контактує з регенерованим активним мулом, переміщуючись вздовж каналу і аерується повітрям, що подається знизу каналу. Після біологічної очистки (4-48 годин) вода переливається у інший відстійник, де активний мул осідає та більша його частина — повернений активний мул подається в голову аеротенка (регенератор). Регенерація відбувається шляхом інтенсивної аерації поверненого активного мулу, де він «переварює» сорбуючі забруднення, далі активний мул поступає із регенератора в аеротенк. Частина активного мулу, що називається надлишковим активним мулом попадає на стабілізацію, ущільнення, зброджування, зневоднення або на мулові майданчики.

Існує декілька конструкційних модифікацій аеротенків.

1. За конструкційними особливостями

- прямокутні;

- овальні;

- басейні;

- шахтні;

- фільтротенки;

- флототенки.

2. По структурі потоку

- витиснювачі;

- змішувачі;

- комбіновані.

3. За способом відділення активного мулу

- аеротенки з відстійниками чи регенераторами, які розміщенні окремо чи разом в одній споруді.

4. За навантаженням на активний мул

- велике;

- середнє;

- низьке.

5. За кількістю ступенів

- одноступінчаті;

- двоступінчаті;

- багатоступінчаті.

6. За типом аерації

- пневматична;

- механічна;

- поверхнева;

- поглиблена;

- пневмомеханічна;

- комбінована;

- звичайні аеротенки ( з аерацією повітря);

- окситенки.

У системі аерації аератор забезпечує дві функції:

1. Забезпечення киснем для біохімічного очищення органічних речовин.

2. Змішування або диспергування повітря у водному середовищі для забезпечення контактування кисню з водою і мікроорганізмами.

Типові аеротенки виробляють кисень,кількістю від 1,8 до 2,7 кг О₂ / (кВт·год)

Анаеробні мікрорганізми

Аеробні та анаеробні мікроорганізми мають різну поведінку. Деструкція органічних речовин в аеробних і анаеробних умовах протікає з різним енергетичним балансом.

При аеробному окисненні глюкози 59% енергії витрачається на приріст біомаси і 41% - теплові втрати, цим зумовлюється збільшення приросту біомаси і збільшення температури при збыльшенны концентрації.

При анаеробному окисненні глюкози утворюється метан, 8% витрачається на приріст біомаси, 3 % - теплові втрати, 89% переходить в метан. Анаеробні організми ростуть повільно і потребують великий вміст субстрату.

+ біомаса + тепло,

+ біомаса + тепло.

Анаеробні процеси були використані для очищення відходів ще з кінця 19 століття. Використовували септики –глибокі ємності.

В сучасних технологіях для зброджування стічних вод і утворення осадів використовують метантенки.

При анаеробному розкладі протікає двофазне метанове бродіння:

1. кислотне;

2. лужне.

Обидві фази відбуваються одночасно і в одному об’ємі. Все це відбувається в метантенку, що являє собою герметизований реактор-змішувач,в якому передбачене відведення утворених газів.

Жири приводять до утворення жирних кислот, що може знизити рН рідини в реакторі, однак не володіє хорошою буферною здатністю. Іноді, необхідно використовувати соду. Біоценоз активного мулу містить 10¹⁰ кислотоутворюючих мікроорганізмів і 10⁷ – метаноутворюючих.

В склад біоценозу входить 1% аеробів, а також інфузорій і грибів. Вони потрапляють разом зі стічними водами.

Анаеробний біоценоз дуже чутливий до температурних умов і має невелику швидкість росту.

Метанутворюючі бактерії відносяться як до мезофілів так і до термофілів. Оптимальна температура для термофілів ~53°С, а для мезофілів – 32-35°С. Окрім термофілів в анаеробному біоценозі можуть бути присутні екстра термофіли, оптимальна температура для яких ~64°С.

У більшості випадків обидві фази процесу поєднуються в одному реакторі. але в ряді випадків доцільно проводити кисле зброджування розділюючи процес в просторі і часі.

Порівняння термофілів і мезофілів показують, що термофіли розкладаються інтенсивніше і глибше. але утворений осад має великий питомий опір і погано зневоднюється. Але в якості переваги – двофазне зброджування в екстратермофільному режимі може існувати до доби і розклад органічних речовин збільшується в 1,5 рази.

Анаеробний процес не отримав широкого поширення через:

1. для того щоб використовувати метан його необхідно компремувати, тому це утворення вибухонебезпечної суміші при зброджуванні;

2. анаеробні процеси потребують високопрофесійного обслуговування, внаслідок нестійких і залпових викидів отруєних речовин;

3. тривалість процесу анаеробного очищення.

Певний прогрес у використання анаеробних процесів спостерігається завдяки відкриттю гранулювання анаеробного активного мулу. Використання гранульованого активного мулу дозволяє суттєво збільшити його концентрацію при обробці стічних вод чи шламу і збільшити навантаження по органічній речовині в оброблюваних стічних водах. Час перебування води в реакторі може бути зменшено від 6 до 14 годин.

В анаеробному біореакторі при висхідному русі стічних вод за рахунок флокулюючої здатності анаеробних організмів (метаногенів) активний мул набуває форму гранул. Ці гранули мають високу концентрацію метанових бактерій і утворюють шар, при проходженні через який, здійснюється швидке і глибоке бродіння органічних речовин.

Леттинг запропонував свою конструкцію біореактора. В цій конструкції утворюються і утримуються гранули за допомогою газомулороздільного пристрою, який розташований зверху реактора.

Щільний шар мулу знаходиться знизу реактора, далі завислий шар анаеробів, а у верхній частині – розділення трьохфазної системи.Ці реактори отримали назву UASB-реактори.

Утворення гранул, зумовлене їхньою флокуляцією навколо мікрочастинок завислих органічних і неорганічних речовин в стічних водах. Але крім того . центрами такої флокуляції можуть слугувати первинні невеликі флокули бактеріальних клітин.

Основною перевагою гранул анаеробів активного мулу є їхня висока густина і здатність до седиментації. Гранули мають вигляд кульок діаметром від 1 до 4мм, які осідають зі швидкістю до 70 м/год, а звичайний мул – зі швидкістю до 10 м/год.

UASB-реактори в основному використовують для очищення висококонцентрованих стічних вод.

Переваги використання гранул активного мулу:

- це виробництво енергетичного газу – метану;

- утворення невеликої кількості надлишкової біомаси;

- можливість досягнення збільшення завантаження по органічних речовинах;

- анаероби активного мулу не потребують аерації, менш енергозатрат ні і не утворюють аерозолі з токсичними речовинами.

Недоліки використання гранул активного мулу:

- чутливі до отруйних речовин;

- для формування нарощування анаеробів активного мулу необхідно в декілька разів більше часу, ніж для аеробів;

Адаптація системи з утворенням цього активного мулу триває до 6 місяців.

- анаеробний процес не дозволяє досягнути великої глибини очищення води, так як в основному закінчується на одержанні проміжних продуктів (тому необхідно використовувати аеробне очищення).