Bioķīmiskā oksidēšana ir plaši izmantota metode rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanai. Galvenā aktīvā viela bioķīmiskajā attīrīšanā ir mikroorganismi, kas kā barības vielas un enerģijas avotus izmanto izšķīdušos organiskos un neorganiskos savienojumus. No tiem mikroorganismi paņem visu vairošanai nepieciešamo, vienlaikus palielinot aktīvo biomasu.
Vielas, kas piesārņo notekūdeņus to aerobās bioķīmiskās attīrīšanas laikā, tiek oksidētas ar aktīvām dūņām, kas ir mikroorganismu bagātīgi apdzīvota biocenoze. Aktīvās dūņas iznīcina organiskos un neorganiskos savienojumus īpašās konstrukcijās - aerācijas tvertnēs - aerācijas apstākļos ar notekūdeņu un dūņu gaisu, kas tiek suspendēts aerācijas dēļ. Tīrīšanas procesā aktīvo dūņu mikroorganismi, saskaroties ar notekūdeņos esošajām organiskajām un neorganiskajām vielām, tās iznīcina, izmantojot dažādus fermentus.
Lai izveidotu protoplazmu, mikrobu šūnām nepieciešami biogēnie elementi: ogleklis, slāpeklis, skābeklis, ūdeņradis, fosfors, kālijs, dzelzs, magnijs un dažādi mikroelementi. Baktēriju šūna var iegūt daudzus no šiem elementiem no piesārņotājiem koksa ražošanas notekūdeņos. Trūkstošie elementi, visbiežāk fosfors un retāk kālijs, ir jāpievieno attīrītajiem notekūdeņiem ortofosforskābes un sāls (kālija permanganāta) veidā.
Normālam šūnu vielu sintēzes procesam un līdz ar to efektīvam notekūdeņu attīrīšanas procesam vidē jābūt pietiekamai visu galveno barības vielu koncentrācijai, ko koksa ražošanas notekūdeņiem nosaka attiecība:
BOD kopā: N: P = 100: 5: 1, (2)
kur BSP ir kopējais bioloģiskais pieprasījums pēc skābekļa, mg O/l;
N - slāpekļa koncentrācija, mg/l;
P - fosfora koncentrācija, mg/l.
Rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanai pēc to attīrīšanas ar fizikāli ķīmiskām metodēm parasti izmanto bioķīmiskās attīrīšanas metodi, ar kuras palīdzību no ūdens tiek izvadītas bioloģiski nenoārdāmās toksiskās vielas un tiek samazināta piesārņojošo vielu koncentrācija. Bioķīmiskās notekūdeņu attīrīšanas iespēju nosaka kopējā BSP attiecība pret ĶSP, kurai jābūt mazākai par 0,4.
Bioķīmiskās attīrīšanas metodes priekšrocības ietver spēju iznīcināt dažādas organisko savienojumu klases, tomēr vairāki organiskie savienojumi nav pakļauti bioķīmiskajai oksidācijai. Atsevišķi organiskie savienojumi sadalās, bet sadalīšanās produkti netiek oksidēti līdz oglekļa dioksīdam un ūdenim.Šie sadalīšanās produkti dažkārt var būt pat toksiskāki nekā sākotnējās vielas. Dažreiz bioķīmiskā oksidēšana nav iespējama, jo notekūdeņos ir augsta piesārņotāju koncentrācija, kas toksiski iedarbojas uz mikroorganismiem.
Vielas bioķīmiskā sadalīšanās ir atkarīga no vairākiem ķīmiskiem un fizikāliem faktoriem, piemēram, funkcionālo grupu klātbūtnes molekulā, molekulas lieluma un struktūras, vielas šķīdības, starpproduktu veidošanās un to mijiedarbības. , un citi. Starpproduktu veidošanos nosaka arī bioloģiskie faktori - vielmaiņas procesu sarežģītība mikroorganismu šūnās, baktēriju celmu mainīgums, vides ietekme un mikroorganismu adaptācijas ilgums. Apskatīsim literatūras datus par saistību starp dažu koksa ražošanas notekūdeņu sastāvā esošo vielu struktūru un to spēju bioķīmiski sadalīties. Eksperimentāli pierādīts, ka mikroorganismi nedaudz oksidē benzolu, tā atvasinājumi ar īsu sānu mērķi, piemēram, toluols, sadalās nedaudz vieglāk. Diatomiskos fenolus veiksmīgi oksidē pielāgots baktēriju komplekss, un katehols ir divreiz ātrāks par rezorcīnu. Hidrohinons ir visgrūtāk oksidējams. Kad tiek oksidēti daudzvērtīgie fenoli, veidojas krāsaini hinoīdu savienojumi. Fenola bioķīmiskās oksidācijas iespēja ir zināma jau ilgu laiku. Kopš 1952. gada Padomju Savienībā fenola attīrīšanai no koksa ķīmiskās ražošanas notekūdeņiem tiek izmantots baktēriju komplekss - fenolu noārdošie mikroorganismi, ko Kijevas Vispārējās un pašvaldību higiēnas institūts izolējis no koksa ķīmiskās rūpnīcas augsnes ( Putilina N.T. un kolēģi). Izmantojot šo kompleksu, lai bagātinātu aktīvās dūņas, kas uzkrājas fenola notekūdeņu attīrīšanas laikā aerācijas tvertnēs, Kijevas Vispārējās un pašvaldību higiēnas institūts un Giprokoks attīrīšanas metodi nosauca par “mikrobu”. Šis vispārpieņemtais nosaukums joprojām tiek izmantots, lai gan būtībā tā ir bioķīmiska apstrāde ar aktīvām dūņām, kas bagātinātas ar fenolu un rodānu noārdošiem mikroorganismiem.
Daudzu pētnieku darbs ir noskaidrojis fenola iznīcināšanas secību ar mikroorganismiem un izolējis izveidotos starpproduktus. Fenola bioķīmiskā oksidēšana notiek pakāpeniski, izmantojot pirokateholu, cis-cis-mukonskābi, laktonu, β-ketoadipīnskābi, dzintarskābi, etiķskābi. Fenola bioķīmiskās oksidācijas galaprodukti ir oglekļa dioksīds un ūdens.
Koksa ražošanas notekūdeņi satur tiocianātus. Pētījumi ir parādījuši, ka pēdējo bioķīmiskā oksidēšana ar rodānu noārdošiem mikroorganismiem notiek, veidojoties amonija un sulfāta joniem. Bioķīmiskās apstrādes efektivitāte ir atkarīga no vairākiem faktoriem, no kuriem galvenie ir: temperatūra, vides reakcija (pH), skābekļa režīms, barības vielu un toksisko vielu klātbūtne un uztura līmenis.
Optimālā temperatūra, kurā labi attīstās fenolu un rodānu noārdošie mikroorganismi, ir 30-35°C. Šo mikroorganismu aktīvā dzīve saglabājas 20-40°C temperatūrā. Ja temperatūras režīms neatbilst optimālajam, tad kultūras augšana, kā arī vielmaiņas procesu ātrums šūnā ir ievērojami zemāks par aprēķinātajām vērtībām. Visnelabvēlīgāko ietekmi uz ražas attīstību rada krasas temperatūras izmaiņas. Aerobās attīrīšanas laikā paaugstinātas temperatūras negatīvā ietekme vēl vairāk pastiprinās, jo attiecīgi samazinās skābekļa šķīdība.
Ūdeņraža jonu koncentrācija (pH) būtiski ietekmē mikroorganismu attīstību. Fenolu un rodānu noārdošie mikroorganismi vislabāk attīstās vidē ar pH 6,5-8,0. PH novirze virs 6–9 nozīmē oksidācijas ātruma samazināšanos, jo palēninās vielmaiņas procesi šūnā, tiek traucēta tās citoplazmas membrānas caurlaidība utt., Kas izraisa bioķīmiskās attīrīšanas pasliktināšanos. Ja pH ir zem 5 un virs 10, mikroorganismi mirst. Ja temperatūras un pH vērtības ir ārpus optimālajām un it īpaši pieļaujamajām vērtībām, ir nepieciešams pielāgot šos parametrus notekūdeņos, kas nonāk bioķīmiskajā attīrīšanā. Fenola notekūdeņi no koksa ražošanas satur ievērojamu daudzumu amonjaka un amonija sāļu; fenolu un tiocianātus noārdošo mikrobu dzīves laikā tiek patērēts neliels daudzums amonjaka slāpekļa, bet tajā pašā laikā tiocianātu oksidēšanās laikā no slāpekļa tiocianātu joniem veidojas papildu daudzums amonija slāpekļa. Saskaņā ar spēkā esošajiem standartiem notekūdeņu novadīšanai pilsētas kanalizācijas sistēmā pēcattīrīšanai pilsētas attīrīšanas iekārtās amonjaka slāpekļa saturs attīrītajos fenola ūdeņos ir par 2 vai vairākām kārtām lielāks nekā pieļaujamais.
Pilnīga notekūdeņu bioķīmiskā attīrīšana no amonjaka slāpekļa ietver divus posmus: nitrifikācija - amonjaka slāpekļa oksidēšana nitrificējošo baktēriju iedarbībā atmosfēras skābekļa klātbūtnē, vispirms līdz nitrītiem un pēc tam līdz nitrātiem; denitrifikācija - nitrītu un nitrātu reducēšana denitrificējošu baktēriju kompleksa iedarbībā nepieciešamā organisko savienojumu daudzuma klātbūtnē. Nitrifikācijas process veiksmīgi notiek pie pH 7-9; Amonija slāpeklim oksidējoties līdz nitrītiem, veidojas skābe (no diviem moliem slāpekļa reakcijas rezultātā rodas četri moli ūdeņraža jonu), kas normālai nitrifikācijas procesa norisei ir jāneitralizē. Denitrifikācijas laikā veidojas hidroksiljons (saskaņā ar reakciju, kad divi moli nitrātu tiek reducēti līdz atomu slāpeklim, izdalās divi hidroksiljoni O H-), tas ir, zināma kompensācija par nitrifikācijas laikā zaudēto ūdens sārmainību. Tāpēc, lai samazinātu sārmainu vielu patēriņu nitrifikācijas stadijā, ir nepieciešams organizēt attīrīšanas procesu tā, lai maksimāli izmantotu denitrifikācijas stadijā izveidoto sārmainību. Denitrifikācijas laikā atmosfēras skābekļa padevi var izslēgt vai atstāt nelielos daudzumos, jo denitrificējošās baktērijas izmanto skābekli, kas saistīts ar nitrītiem un nitrātiem. Saskaņā ar VUKHIN datiem denitrifikācijas laikā skābekļa saturs ūdenī nedrīkst pārsniegt 0,1 mg/l.
Vairāki viegli oksidējami organiskie savienojumi, kā arī pārmērīgas aktīvās dūņas vai daļa no neapstrādāta fenola ūdens ir ierosināti kā organisks uzturs denitrifikācijas stadijā. Mikroorganismu notekūdeņos esošo barības vielu patēriņa laikā mikroorganismu šūnā notiek divi savstarpēji saistīti un vienlaikus notiekoši procesi - protoplazmas sintēze un organisko vielu oksidēšanās. Oksidācijas procesā šūnas patērē notekūdeņos izšķīdušo skābekli. Aerobās bioloģiskajās sistēmās gaisa (kā arī tīra skābekļa vai ar skābekli bagātināta gaisa) padevei jānodrošina pastāvīga izšķīdušā skābekļa klātbūtne ūdenī vismaz 2 mg/l. Aerācijas sistēma nodrošina arī ūdens sajaukšanos un pastāvīgu dūņu uzturēšanu suspensijā. Tehniskajā literatūrā par uzturvērtības līmeņa mēru tiek uzskatīta piesārņojuma dienas slodze uz 1 m3 attīrīšanas iekārtas vai uz 1 g sausas biomasas, vai uz 1 g bezpelnu biomasas daļas. Koksa ķīmijas uzņēmumu attīrīšanas iekārtu novērtēšanas praksē galvenokārt tiek izmantota atsevišķu piesārņotāju ikdienas slodzes vērtība un ĶSP uz 1 m 3 aerācijas tvertnes, ko parasti sauc par konstrukcijas oksidatīvo spēju. Šo vērtību parasti izsaka skābekļa kilogramos uz 1 m 3 dienā (kg O/m 3 dienā).
Gan organiskie, gan neorganiskie savienojumi, kā arī metāli var toksiski ietekmēt bioķīmisko oksidāciju. Vielu toksiskās iedarbības rezultātā mikroorganismu augšana un attīstība aizkavējas vai arī tie iet bojā. Koksa rūpnīcas notekūdeņi satur lielu skaitu vielu, kas kavē mikroorganismu attīstību, un dažas var izraisīt to nāvi.
Paaugstināta notekūdeņu mineralizācija negatīvi ietekmē notekūdeņu bioķīmiskās attīrīšanas procesu. Par rūpniecisko notekūdeņu, kas nonāk aerācijas tvertnēs, mineralizācijas augšējo robežu uzskata sāls saturu 10 g/l. Krasas mineralizācijas pakāpes svārstības nelabvēlīgi ietekmē attīrīto notekūdeņu kvalitāti. Osmotiskais šoks, ko izraisa minerālsāļi, izraisa organisko vielu izdalīšanos no dūņu šūnām, kas izraisa oksidatīvo procesu traucējumus. Zemas hidrauliskās slodzes un augsta aktīvo dūņu koncentrācija padara paaugstinātas sāls koncentrācijas ietekmi uz aerācijas tvertņu efektivitāti mazāk pamanāmu. Svarīgākie faktori bioķīmisko iekārtu dūņu biocenozes veidošanā ir attīrīto notekūdeņu sastāvs un dūņu slodze. Citu faktoru - temperatūra, sajaukšanās, izšķīdušā skābekļa koncentrācija - darbība praktiski nemaina dūņu kvalitatīvo sastāvu, bet ietekmē dažādu mikroorganismu grupu kvantitatīvo attiecību. Galvenie faktori, kas ietekmē bioķīmiskās attīrīšanas procesa ilgumu, ir ienākošo piesārņotāju koncentrācija, nepieciešamā attīrīšanas pakāpe, piesārņojuma ķīmiskais raksturs un aktīvo dūņu koncentrācija.
Koksa ķīmijas uzņēmumu bioķīmisko iekārtu projektēšanai parasti tiek pieņemts šāds aerācijas tvertnēs ieplūstošo notekūdeņu sastāvs (mg/l): fenoli 400, tiocianīdi 400, cianīdi 20, kopējās eļļas 35, gaistošais amonjaks līdz 250, kopējais amonjaks 500, ĶSP 3000. Attīrītā ūdens sastāvs pēc galvenajiem piesārņotājiem mūsdienu bioķīmisko rūpnīcu projektēšanā (mg/l): fenoli 0,5 - 2; tiocianāti 1-3; cianīdi līdz 5, vispārējās eļļas 10-20, ĶSP 300-500. Kopējo notekūdeņu piesārņojumu pirms un pēc attīrīšanas diezgan pilnībā raksturo analītiski noteiktā ĶSP vērtība (ķīmiskais skābekļa patēriņš oksidēšanai). Vielu bioķīmiskajai oksidēšanai vispārējs rādītājs parasti ir BSP (bioloģiskā skābekļa patēriņa) vērtība, ko eksperimentāli nosaka vielu bioķīmiskās oksidēšanas laikā 5 dienas - BSP 5, 20 dienas - BSP 20 vai BSP kopējais). Fenola notekūdeņos no koksa ražošanas lielākā daļa piesārņotāju ir bioķīmiski grūti oksidējami, tāpēc ĶSP vērtība ir vairāk orientējoša šiem ūdeņiem. Zināmu priekšstatu par dažām vielām koksa ražošanas notekūdeņos sniedz literatūras dati par atsevišķu vielu specifiskajām ĶSP vērtībām (mg O/mg vielas), kā arī par BSP un ĶSP attiecību - jo zemāka tā ir. ir, jo vieglāk notiek vielas bioķīmiskā oksidēšanās.
4. tabula. ĶSP un BSP un ĶSP attiecība koksa ražošanas notekūdeņos
Palielinot aktīvo dūņu devu aerācijas tvertnēs, jāpatur prātā, ka pie augstas biomasas koncentrācijas (praksē var saglabāt 5-6 g/l) ir tieša proporcija starp dūņu koncentrāciju un piesārņojošās vielas daudzumu. oksidēšanās netiek uzturēta. Bioķīmiskās oksidācijas ātrums samazinās, palielinoties sākotnējai dūņu devai, jo pasliktinās atsevišķu šūnu uzturs. Dažādu uzņēmumu notekūdeņi var ļoti atšķirties pēc atsevišķu piesārņotāju satura, tāpēc ir nepieciešams eksperimentāli noteikt katrai bioķīmiskajai iekārtai optimālo aktīvo dūņu koncentrāciju.
Divpakāpju notekūdeņu attīrīšanā pirmajā posmā (defenolizācija) aktīvās dūņas (precīzāk, biomasa) parasti ir smalki izkliedētas un slikti nosēdinātas, tāpēc, lai uzturētu nepieciešamo biomasas koncentrāciju aerācijas tvertnē, tiek atgriezts attīrīts ūdens. (līdz 50% vai vairāk) no defenolizēta ūdens savākšanas.
Otrajā attīrīšanas (dekontaminācijas) posmā veidojas labi nosēdušās aktīvo dūņu pārslas (sakarā ar biomasas bagātināšanu ar vienkāršiem mikroorganismiem, kas ir pietiekami dziļas attīrīšanas indikators). Kondensēto aktīvo dūņu atgriešana no sekundārajām nostādināšanas tvertnēm tehniski jāorganizē tā, lai neiznīcinātu aktīvo dūņu pārslas (tādēļ atgriešanu vēlams veikt, izmantojot gaisa liftu, nevis centrbēdzes sūkni). Pirms dūņu atgriešanas aerācijas tvertnē vēlams tās izvadīt caur speciālu konteineru ar aerāciju ar saspiestu gaisu (dubļu reģeneratoru). Aktīvās biomasas koncentrācijas palielināšanu aerācijas tvertnēs var veikt, pārvēršot tās par biotvertnēm, tas ir, piepildot daļu no aerācijas tvertnes tilpuma ar fiksētu porainu materiālu (uz kura aug un piestiprinās bioplēve), vai izmantojot cieto vielu. sorbents, kas peld aerācijas tvertnes tilpumā (biosorbcijas attīrīšana).
Krasas piesārņotāju koncentrācijas svārstības, kas nonāk kopā ar notekūdeņiem, izraisa bioķīmiskās attīrīšanas traucējumus. Lai kompensētu šīs svārstības, bioķīmiskās iekārtas ir aprīkotas ar vidējiem mērītājiem. Homogenizatoru pārveidošana par priekšaerācijas tvertnēm ļauj stabilizēt un arī palielināt notekūdeņu attīrīšanas dziļumu: homogenizatoriem tiek piegādāti attīrīti notekūdeņi ar aktīvajām dūņām 10 - 20% apmērā no ienākošā fenola ūdens un saspiestā gaisa daudzuma. tiek nedaudz palielināts ūdens sajaukšanai homogenizatorā - līdz 30 m 3 /m 3 ienākošo notekūdeņu. Neliela avota ūdens atšķaidīšana ar attīrītu ūdeni, kas notiek pirmsaerotānā, arī labvēlīgi ietekmē turpmāko bioķīmisko attīrīšanu. Ekspluatācijas pieredze liecina, ka priekšaerācijas tvertnē tiek oksidēti 25-30% ienākošo fenolu, un ievērojami samazinās zalves izplūdes negatīvā ietekme uz aktīvo dūņu vitālo aktivitāti aerācijas tvertnēs.
Bioķīmiskās apstrādes efektivitāti lielā mērā nosaka aerācijas sistēmu konstrukcija. Sadzīves bioķīmiskajās iekārtās ir pārbaudītas dažādas aerācijas sistēmas: pneimatiskās, pneimomehāniskās, mehāniskās. Aerācijas sistēmas izvēlei jābalstās uz to efektivitātes, skābekļa produktivitātes, atmosfēras skābekļa izmantošanas salīdzinājumu, kā arī ekspluatācijas priekšrocību un trūkumu novērtējumu. Turklāt, lai nodrošinātu pietiekami pilnīgu bioķīmisko attīrīšanu, aerācijas sistēmai ir jānodrošina arī laba relatīvi lielu aktīvo dūņu daudzuma sajaukšanās, un ar ievērojamu aerācijas konstrukciju tilpumu tā nedrīkst izraisīt notekūdeņu pārdzesēšanu (tas ir īpaši svarīgi oksidēšanās gadījumā). tiocianāti).
Pneimatiskā aerācija caur perforētām metāla vai plastmasas caurulēm (vidēja burbuļa aerācijas sistēma) nodrošina ļoti zemu gaisa skābekļa izmantošanas līmeni aptuveni 2% apmērā; Turklāt aktīvo dūņu uzturēšana suspendētā stāvoklī nav apmierinoša. Izmantojot pneimomehānisko aerācijas sistēmu, tika novērotas diezgan augstas oksidēšanas spējas (tas ir, ievadītā skābekļa daudzums laika vienībā) un gaisa skābekļa izmantošanas pakāpe. Tomēr šo sistēmu darbības sarežģītība (jo īpaši saistīta ar elektromotoru un pārnesumkārbu sarežģītajiem darbības apstākļiem ūdens tvaikos un ķīmiskos piesārņojumos virs aerācijas tvertnes) bija galvenais iemesls, kāpēc tās netika plaši izplatītas. Turklāt mehāniskā virsmas aeratora izmantošana izraisa ievērojamu attīrītā ūdens temperatūras pazemināšanos, kas ziemā ir nepieņemami, īpaši Ukrainas rūpnīcās. Mūsdienu bioķīmiskās iekārtas koksa rūpnīcās ir diezgan spēcīgas struktūras. Ņemot vērā klimatiskos apstākļus, ekspluatācijas izmaksas apkopei un remontam un spēju kontrolēt bioķīmiskās attīrīšanas procesu, vēlams būvēt centrālo gaisa pūšanas staciju, bet kā aerācijas sistēmu izmantot gaisa pacelšanas aeratorus, kas plkst. vienlaikus nodrošina labu šķidruma sajaukšanos aerācijas tvertnē. Pirmie gaisa pacēluma aerācijas sistēmas testi, ko 70. gados veica Nesmašnijs Krivoy Rog koksa un ķīmiskajā rūpnīcā, parādīja šīs aerācijas sistēmas neapšaubāmās priekšrocības. Turpmākajos gados, pateicoties VUKHIN sistemātiskiem pētījumiem un attīstībai (V.G. Plaksins, V.M. Kagasovs, A.V. Govorkovs, A.V. Putilovs, I.V. Pimenovs uc), tika izveidota optimāla gaisa pacelšanas aerācijas sistēma, kas nodrošina efektīvu aerāciju pie lielām slodzēm. notekūdeņi un gaiss, intensīva šķidruma sajaukšana un nepieciešamie šķidruma grunts ātrumi liela tilpuma traukos. Gaisa skābekļa izmantošanas pakāpe atkarībā no gaisa slodzes uz aeratoru un šķidruma līmeņa tvertnē ir 10-25%. Sistēmas galvenie tehniskie parametri uzstādīšanai aerācijas tvertnē ar tilpumu 400 m3 un šķidruma līmeni 4 m: gaisa plūsma 2000 (vai vairāk) m3 / h, aeratoru skaits 45-70, aeratora diametrs 0,5 - 0,3 m , aeratora augstums 1 -2 m, virspusējais šķidruma ātrums aeratorā 1,5 - 2,5 m/s, apakšējā šķidruma ātrums virs 0,3 m/s, cirkulācijas ātrums vismaz 50 l/h, skābekļa izmantošanas koeficients 20-25%, daudzums ievadītais skābeklis 120–150 kg/h, aerācijas efektivitāte 2. 35 - 2,95 kg skābekļa/kW. h, spiediena kritums gāzes sadales ierīcē ir 1000-1500 Pa, burbuļu izmēri nepārsniedz 6 mm. Lielākajā daļā strādājošo bioķīmisko rūpnīcu pašlaik visizplatītākā ir visizplatītākā gaisa pacelšanas aerācijas sistēma ar skābekļa izmantošanas līmeni 12%. Praktiskā pieredze liecina, ka aeratora augstumam jābūt 0,3 m zem ūdens līmeņa aerācijas tvertnē, lai novērstu viļņu veidošanos.
Aerācijas tvertņu darbības laikā tajās tiek novērots liels putu daudzums. Stabilu putu veidošanās iemesls ir virsmaktīvo vielu un putu stabilizatoru klātbūtne notekūdeņos: smalki koksa un piķa pulveri; šķidrie polimēri; akmeņogļu darvas sastāvdaļas, kas iekļautas toluolā nešķīstošās vielās. Smalkas aktīvās dūņas ir arī putu stabilizators. Aktīvās dūņas kļūstot lielākām, to stabilizējošā iedarbība uz putām samazinās. Hidrauliskā putu dzēšanas metode ir neefektīva aerācijas tvertnēm ar lielu virsmu, jo ir grūti nodrošināt vienmērīgu ūdens sadali pa visu virsmu, turklāt liels ūdens daudzums, kas tiek piegādāts putu dzēšanai, traucē normālu tīrīšanas procesu. . Visefektīvāk ir izmantot aerācijas tvertnes ar griestiem un izliektu telpu līdz 2 m augstumā: šajā gadījumā pussalu iznīcina ienākošie notekūdeņi un attīrītais ūdens, kas tiek atgriezts no sekundārās nostādināšanas tvertnes. Prakse liecina, ka putu slāņa augstums nepārsniedz 1,5 - 2 m. Pārklājošas aerācijas tvertnes klātbūtne ļauj organizēti izvadīt izplūdes gaisu un veikt pasākumus, lai to attīrītu no kaitīgām emisijām atmosfērā. Bioķīmiskās attīrīšanas shēmas inženiertehniskā konstrukcija pēdējo divu desmitgažu laikā ir būtiski mainījusies: ūdens uz aerācijas tvertnēm tiek piegādāts ar sūkņiem, nevis ar gravitāciju, kas atvieglo hidrauliskās slodzes regulēšanu, izmaksu kontroli un ļauj mainīt plūsmu virziens ekspluatācijas laikā ar viszemākajām izmaksām; ir parādījušās un labi sevi pierādījušas virszemes konstrukcijas metāla aerācijas tvertnes (tas jo īpaši novērš apkārtējās teritorijas piesārņojumu no konstrukciju noplūdēm, kas raksturīgas no saliekamā dzelzsbetona aerācijas tvertņu konstrukcijai).
Projektējot bioķīmiskās iekārtas, tiek pieņemtas šādas pamata aprēķinu atkarības (tās jāizmanto arī ekspluatācijas laikā, analizējot iekārtas darbību): 1. un 2.posma aerācijas tvertņu tilpums (V) tiek noteikts, pamatojoties uz attiecīgi fenolu un tiocianāta oksidācijas spēja (m 3 )
C 1 un C 2 - oksidētās vielas koncentrācijas attiecīgi pirms un pēc tīrīšanas, mg/l;
OM - aerācijas tvertnes oksidatīvā jauda (kg oksidētās vielas uz 1 m 3 aerācijas tvertnes dienā).
Oksidācijas spēja ir atkarīga no vielas sākotnējās koncentrācijas, notekūdeņu sastāva, aerācijas efektivitātes un citiem faktoriem; noteikts eksperimentāli. Fenola notekūdeņiem no koksa rūpnīcām fenolu oksidatīvā spēja ir robežās no 0,6-1,2; tiocianātiem 0,6 - 0,4 (tas ir, 2 - 3 reizes mazāks nekā fenoliem).
Gaisa patēriņu aerācijas tvertnēs (Q in) aprēķina pēc formulas (nm 3 / h):
kur: L - notekūdeņu daudzums, m 3 / h;
ĶSP 1 un ĶSP 2 - attiecīgi notekūdeņu oksidēšana pirms un pēc attīrīšanas (mg O / l ūdens);
K 1 - drošības koeficients (parasti tiek ņemts 1,2 - 1,25);
0,21 - skābekļa tilpuma daļa gaisā;
0,8 - izšķīdušā skābekļa izmantošanas koeficients piesārņojošo vielu oksidēšanai;
1,429 - skābekļa blīvums normālos apstākļos (kg/nm 3);
q ir gaisa skābekļa izmantošanas koeficients konkrētai aerācijas sistēmai (%).
n1.doc
| 1. Notekūdeņu attīrīšanas bioķīmiskās metodes. Metodes būtība. | |
| 2. Organisko vielu sadalīšanās modeļi | 5 |
| 3. Dažādu faktoru ietekme uz bioķīmiskās attīrīšanas procesu | |
| 4. Bioķīmisko metožu klasifikācija | 8 |
| 4.1. Aerobikas tīrīšanas metodes | 9 |
| 4.2. Anaerobās ārstēšanas metodes | 15 |
| Bibliogrāfija | 17 |
1. Notekūdeņu attīrīšanas bioķīmiskās metodes. Metodes būtība.
Bioloģiskā oksidēšana ir plaši izmantota notekūdeņu attīrīšanas metode, kas dod iespēju no tiem atdalīt daudzas organiskās un dažas neorganiskās (sērūdeņradis, sulfīdi, amonjaks, nitrīti u.c.) vielas. Bioķīmiskā notekūdeņu attīrīšana balstās uz mikroorganismu spēju izmantot izšķīdušos un koloidālos organiskos piesārņotājus kā uztura avotu savos dzīves procesos. Daudzu veidu organiskie piesārņotāji no sadzīves un rūpnieciskajiem notekūdeņiem tiek bioloģiski apstrādāti, pakļaujot tos daļējai vai pilnīgai iznīcināšanai. Saskaroties ar organiskajām vielām, mikroorganismi tās daļēji iznīcina, pārvēršot ūdenī, oglekļa dioksīdā, nitrītu un sulfātu jonos u.c. Otra vielas daļa nonāk biomasas veidošanā. Dažas organiskās vielas spēj oksidēties viegli, bet citas neoksidējas vispār vai ļoti lēni.
Bioķīmiskās metodes plašā izplatība ir saistīta ar tās priekšrocībām: spēju izvadīt no notekūdeņiem dažādus ūdenī atrodamos organiskos un dažus neorganiskos savienojumus izšķīdinātā, koloidālā un neizšķīdinātā stāvoklī, tai skaitā toksiskos; aparatūras dizaina vienkāršība, salīdzinoši zemas ekspluatācijas izmaksas un tīrīšanas dziļums. Trūkumi ir augstās kapitāla izmaksas, nepieciešamība stingri ievērot tīrīšanas režīmu, vairāku organisko un neorganisko savienojumu toksiskā ietekme uz mikroorganismiem un nepieciešamība atšķaidīt notekūdeņus augstas piemaisījumu koncentrācijas gadījumā.
Lai noteiktu rūpniecisko notekūdeņu piegādes iespējas bioķīmiskajām attīrīšanas iekārtām, tiek noteiktas maksimālās toksisko vielu koncentrācijas, kas neietekmē bioķīmiskās oksidācijas procesus (MK b) un attīrīšanas iekārtu darbību (MK bos). Ja šādu datu nav, bioķīmiskās oksidācijas iespējamību nosaka bioķīmiskais rādītājs BSP p/COD. Sadzīves notekūdeņiem šī attiecība ir aptuveni 0,86, un rūpnieciskajiem notekūdeņiem tā svārstās ļoti plašā diapazonā: no 0 līdz 0,9. Notekūdeņi ar zemu BSP p/ĶSP attiecību parasti satur toksiskus piesārņotājus, kuru iepriekšēja ekstrakcija var palielināt šo attiecību, t.i. nodrošināt bioķīmiskās oksidācijas iespēju. Tāpēc notekūdeņi nedrīkst saturēt toksiskas vielas un smago metālu sāļu piemaisījumus. Bioķīmisko attīrīšanu uzskata par pabeigtu, ja attīrītā ūdens BSP n ir mazāks par 20 mg/l, un par nepilnīgu, ja BSP n > 20 mg/l. Šī definīcija ir nosacīta, jo pat ar pilnīgu bioķīmisko attīrīšanu notiek tikai daļēja ūdens atbrīvošanās no tajā esošo piemaisījumu daudzuma.
Bioloģisko oksidāciju veic mikroorganismu kopiena (biocenoze), kurā ietilpst daudzas dažādas baktērijas, vienšūņi, kā arī aļģes, sēnes u.c., kas ar sarežģītām attiecībām (metabioze, simbioze un antagonisms) ir savstarpēji savienoti vienā kompleksā. Dominējošā loma šajā kopienā ir baktērijām, kuru skaits svārstās no 10 6 līdz 10 14 šūnām uz 1 g sausas biomasas. Bioķīmiskās oksidācijas procesā aerobos apstākļos mikroorganismu kopienu sauc par aktīvām dūņām jeb bioplēvi. Aktīvās dūņas sastāv no dzīviem mikroorganismiem un cieta substrāta un pēc izskata atgādina koagulantu pārslas, kuru krāsa svārstās no bālganbrūnas līdz tumši brūnai. Baktēriju uzkrāšanās aktīvajās dūņās ieskauj gļotādas slānis (kapsulas), un tās sauc par zooglea. Tie palīdz uzlabot dūņu struktūru, to sedimentāciju un blīvēšanu.
Aktīvās dūņas ir amfoterisks koloīds, kam ir negatīvs lādiņš pH diapazonā no 4-9 un kam ir augsta adsorbcijas spēja, pateicoties attīstītajai baktēriju šūnu kopējai virsmai. Aktīvo dūņu adsorbcijas spēja laika gaitā samazinās, jo notekūdeņi ir piesātināti ar piesārņotājiem. Reģenerācijas process notiek aktīvās dūņas apdzīvojošo mikroorganismu dzīvībai svarīgās aktivitātes dēļ, un to sauc par reģenerāciju. Neraugoties uz būtiskām attīrāmo notekūdeņu atšķirībām, aktīvo dūņu elementārais ķīmiskais sastāvs ir diezgan tuvs, lai gan nav identisks. Šī līdzība ir tās pamata - baktēriju šūnu - kopības rezultāts. Šūnu sastāvā ir H, N, S, C, O, P, pelni, proteīns, kā arī dažādi mikroelementi - B, V, Fe, Co, Mn, Mo, Cu u.c. H, N, C un O veido organisko vielu grupu, šie elementi nonāk baktēriju šūnās ūdens, olbaltumvielu, tauku un ogļhidrātu veidā; 80-85% no mikrobu svara ir ūdens.
Aktīvo dūņu sausna ir minerālvielu (10-30%) un organisko (70-90%) vielu komplekss. Lielākā daļa organisko savienojumu ir olbaltumvielas. Šūnu pelnu daļu sastāvā ir mikroelementi - Ca, K, Mg, S, Mn, Cu, Na, Fe, Zn uc Turklāt, lai izveidotu baktēriju šūnu, nepieciešami biogēni elementi - fosfors, slāpeklis, kālijs. Dūņu kvalitāti nosaka to sedimentācijas ātrums un ūdens attīrīšanas pakāpe. Dūņu stāvokli raksturo dūņu indekss, kas ir aktīvo dūņu sedimentētās daļas tilpuma attiecība pret izžāvēto dūņu masu (gramos) pēc 30 minūšu nostādināšanas. Jo augstāks ir dūņu indekss, jo sliktāk dūņas nosēžas.
2. Organisko vielu sadalīšanās modeļi
Mehānisms vielu izvadīšanai no notekūdeņiem un to patēriņam ar mikroorganismiem ir ļoti sarežģīts. Kopumā šo procesu var iedalīt trīs posmos:
1) vielas masas pārnešana no šķidruma uz šūnas virsmu molekulārās un konvektīvās difūzijas dēļ;
2) vielas difūzija caur šūnas virsmas puscaurlaidīgo membrānu, kas rodas no vielas koncentrācijas starpības šūnā un ārpus tās;
3) vielas transformācijas (vielmaiņas) process, kas notiek šūnas iekšienē, ar enerģijas izdalīšanos un jaunas šūnu vielas sintēzi.
Pirmā posma ātrumu nosaka difūzijas likumi un hidrodinamiskie apstākļi bioķīmiskās attīrīšanas iekārtā. Plūsmas turbulence izraisa aktīvo dūņu pārslu sadalīšanos sīkās mikrobu kolonijās un izraisa ātru mikroorganismu un vides saskarnes atjaunošanos.
Vielas pārvietošanas procesu caur puscaurlaidīgām šūnu membrānām var veikt divos veidos: izšķīdinot membrānas materiālā izkliedējošu vielu, kuras dēļ tā nonāk šūnā, vai pievienojot iekļūstošu vielu konkrētam nesējam. olbaltumvielas, izšķīdinot iegūto kompleksu un difūziju šūnā, kur komplekss sadalās un proteīns - transportētājs tiek atbrīvots, lai pabeigtu jaunu ciklu.
Galvenā loma notekūdeņu attīrīšanā ir vielu transformācijas procesiem mikroorganismu šūnās, kā rezultātā notiek vielas oksidēšanās ar enerģijas izdalīšanos (kataboliskās pārvērtības) un jaunu proteīna vielu sintēze, kas notiek ar izdevumiem. enerģijas (anaboliskās pārvērtības).
Ķīmisko pārvērtību ātrumu un to secību nosaka fermenti, kas darbojas kā katalizatori un ir sarežģīti proteīnu savienojumi ar molekulmasu līdz simtiem tūkstošu un miljonu. To darbība ir atkarīga no temperatūras, pH un dažādu vielu klātbūtnes notekūdeņos.
Kopējās bioķīmiskās oksidācijas reakcijas aerobos apstākļos var attēlot šādi:
Organisko vielu oksidēšana
C x H y O z (x + 0,25y - 0,5 z)O 2? xС0 2 + 0,5уН 2 О + ?Н;
Baktēriju šūnu sintēze
C x H y Oz + nNH 3 + n(x + 0,25u - 0,5z - 5)0 2 ? n(C5H7N02) + n(x-5)C02 + 0,5n(y-4)H2O - ?H;
Šūnu materiāla oksidēšana
N(C5H7N02)+5n02? 5nC0 2 + 2nH 2 0 + nNH 3 + ?Н.
Ķīmiskās pārvērtības ir mikroorganismu enerģijas avots. Dzīvie organismi var izmantot tikai saistīto ķīmisko enerģiju. Universālais enerģijas nesējs šūnā ir adenozīntrifosforskābe (ATP).
Mikroorganismi spēj oksidēt daudzas organiskās vielas, taču tas prasa dažādus adaptācijas laikus. Viegli oksidējas daudzi spirti, glikoli, benzoskābe, acetons, glicerīns, esteri uc Nitro savienojumi, dažas virsmaktīvās vielas un hlorētie organiskie savienojumi ir vāji oksidēti.
Aerobās oksidācijas process patērē notekūdeņos izšķīdušo skābekli. Lai notekūdeņus piesātinātu ar skābekli, tiek veikts aerācijas process, sadalot gaisa plūsmu burbuļos, kas, ja iespējams, tiek vienmērīgi sadalīti notekūdeņos. No gaisa burbuļiem skābekli absorbē ūdens un pēc tam pārnes uz mikroorganismiem. Šis process notiek divos posmos. Pirmais ir saistīts ar skābekļa pārnešanu no gaisa burbuļiem uz lielāko daļu šķidruma, otrais ir saistīts ar absorbētā skābekļa pārnešanu no šķidruma lielākās daļas uz mikroorganismu šūnām, galvenokārt turbulentu pulsāciju ietekmē.
Visdrošākais veids, kā palielināt skābekļa piegādi notekūdeņiem, ir palielināt gāzes plūsmas sadrumstalotības intensitāti, t.i. samazinot gāzes burbuļu izmēru. Skābekļa patēriņa ātrums ir atkarīgs no daudziem savstarpēji saistītiem faktoriem: biomasas daudzuma, mikroorganismu augšanas ātruma un fizioloģiskās aktivitātes, barības vielu veida un koncentrācijas, toksisko vielmaiņas produktu uzkrāšanās, barības vielu daudzuma un rakstura, kā arī skābekļa satura. ūdenī.
3. Dažādu faktoru ietekme uz bioķīmiskās attīrīšanas procesu
Bioloģiskās attīrīšanas efektivitāte ir atkarīga no vairākiem faktoriem, no kuriem daži ir maināmi un regulējami plašos diapazonos, savukārt citus, piemēram, attīrīšanā nonākošo notekūdeņu sastāvu, regulēšana praktiski nav iespējama. Galvenie faktori, kas nosaka sistēmas caurlaidspēju un notekūdeņu attīrīšanas pakāpi, ir: skābekļa klātbūtne ūdenī, notekūdeņu plūsmas vienmērīgums un piemaisījumu koncentrācija tajā, temperatūra, vides pH, sajaukšanās, klātbūtne. toksisko piemaisījumu un barības vielu, biomasas koncentrācijas utt.
Vislabvēlīgākie tīrīšanas apstākļi ir šādi. Bioķīmiski oksidējamo vielu koncentrācija attīrītajos notekūdeņos nedrīkst pārsniegt pieļaujamo vērtību MK b vai MK bos, ko parasti nosaka eksperimentāli. Notekūdeņi ar lielāku koncentrāciju ir jāatšķaida. Maksimālās robežkoncentrācijas vielām, kas nonāk bioloģiskās attīrīšanas iekārtās, ir norādītas uzziņu literatūrā.
Bioķīmiskās attīrīšanas iekārtu padevei ar gaisa skābekli jābūt nepārtrauktai un tādā daudzumā, lai attīrītie notekūdeņi, kas iziet no sekundārās nostādināšanas tvertnes, saturētu vismaz 2 mg/l. Skābekļa šķīdināšanas ātrums ūdenī nedrīkst būt mazāks par ātrumu, ko to patērē mikroorganismi. Sākotnējā oksidēšanās periodā skābekļa patēriņa ātrums var būt desmitiem reižu lielāks nekā procesa beigās, tas ir atkarīgs no ūdens piesārņojuma rakstura un ir proporcionāls biomasas daudzumam.
Par optimālo temperatūru notekūdeņu attīrīšanas iekārtās notiekošajiem aerobajiem procesiem tiek uzskatīta 20-30 °C, lai gan dažādu grupu baktērijām temperatūras optimālais svārstās no -8 °C līdz +85 °C. Temperatūras paaugstināšanās virs mikroorganismu fizioloģiskās normas izraisa to nāvi, un pazemināšanās tikai samazina mikroorganismu aktivitāti. Paaugstinoties temperatūrai, skābekļa šķīdība ūdenī samazinās, tāpēc siltajā sezonā nepieciešams veikt intensīvāku aerāciju, bet ziemā cirkulējošajās dūņās jāuztur augstāka mikroorganismu koncentrācija un jāpalielina ilgums. no aerācijas.
Optimāla vides reakcija nozīmīgai baktēriju daļai ir neitrāla vai tai tuva, lai gan ir sugas, kas labi attīstās skābā (sēnītes, raugs) vai nedaudz sārmainā vidē (aktinomicīti).
Normālam šūnu vielas sintēzes procesam un līdz ar to efektīvam notekūdeņu attīrīšanas procesam ir jābūt pietiekamai visu barības vielu koncentrācijai - organiskajam ogleklim (BOS), slāpeklim, fosforam.
Tās uzbūvei nelielos daudzumos papildus šūnas pamatelementiem (C, O, N, H) nepieciešami arī citi komponenti - mikroelementi (Mn, Cu, Zn, Mo, Mg, Co u.c.). Šo elementu saturs dabiskajos ūdeņos, no kuriem veidojas notekūdeņi, parasti ir pietiekams bioķīmiskai oksidēšanai. Slāpekļa trūkums kavē organisko piesārņotāju oksidēšanos un izraisa grūti nosēdināmu dūņu veidošanos. Fosfora trūkums ierosina pavedienveida baktēriju attīstību, kas ir galvenais aktīvo dūņu uzbriešanas, sliktas nosēdināšanas un izvadīšanas no attīrīšanas iekārtām, lēnākas dūņu augšanas un oksidēšanās intensitātes samazināšanās iemesls. Biogēnie elementi vislabāk uzsūcas savienojumu veidā, kuros tie atrodas mikrobu šūnās: slāpeklis - NH 4 formā un fosfors - sāļu veidā fosforskābēs. Ja trūkst slāpekļa, fosfora vai kālija, notekūdeņiem tiek pievienoti dažādi slāpekļa, kālija un fosfora mēslošanas līdzekļi. Šie elementi atrodas sadzīves notekūdeņos, tāpēc daudzas ķīmiskas vielas var toksiski iedarboties uz mikroorganismiem, izjaucot to dzīvībai svarīgās funkcijas. Šādas vielas, nonākot baktēriju šūnā, mijiedarbojas ar tās sastāvdaļām un izjauc to funkcijas, tostarp: S in, Ag, Cu, Co, Hg, Pv uc Suspendēto daļiņu daudzums nedrīkst būt lielāks par 100 mg/l. bioloģiskie filtri un 150 mg/l aerācijas tvertnēm.
Notekūdeņu attīrīšanas intensitāte un efektivitāte ir atkarīga ne tikai no mikroorganismu dzīves apstākļiem, bet arī no to daudzuma, t.i. aktīvo dūņu deva, kas tiek uzturēta aerācijas tvertnēs, parasti ir 2-4 g/l. Mikroorganismu koncentrācijas palielināšana notekūdeņos ļauj paātrināt bioloģiskās attīrīšanas procesu, bet tajā pašā laikā nepieciešams palielināt ūdenī izšķīdinātā skābekļa daudzumu, ko ierobežo piesātinājuma stāvoklis, un uzlabot masas pārneses apstākļus. . Bioloģiskai apstrādei nepieciešams izmantot “jaunas” aktīvās dūņas vecumā no 2-3 dienām. Tas neuzbriest, ir izturīgāks pret temperatūras un pH svārstībām, un tā mazās pārslas labāk nosēžas. Svarīgs nosacījums bioloģiskās attīrīšanas uzlabošanai un attīrīšanas iekārtu apjoma samazināšanai ir aktīvo dūņu reģenerācija, kas sastāv no to aerācijas, ja nav barības vielu substrāta.
Lai radītu vislabvēlīgākos apstākļus barības vielu un skābekļa masveida pārnesei uz mikrobu šūnu virsmu, nepieciešama notekūdeņu un aktīvo dūņu sajaukšana. Šajā gadījumā šķidruma turbulizācija izraisa aktīvo dūņu pārslu iznīcināšanu, to virsmas atjaunošanos, labāku šūnu apgādi ar barības vielām un skābekli, kā arī rada labvēlīgākus dzīves apstākļus mikroorganismiem.
4. Bioķīmisko metožu klasifikācija
Ir zināmas aerobās un anaerobās bioķīmiskās apstrādes metodes. Aerobikas metodes ir balstītas uz aerobo mikroorganismu grupu izmantošanu, kuru dzīvībai nepieciešama pastāvīga skābekļa plūsma un 20-40 ° C temperatūra. Mainoties temperatūras un skābekļa apstākļiem, mainās mikroorganismu sastāvs un skaits, tie tiek kultivēti aktīvās dūņās vai bioplēvē. Anaerobās metodes notiek bez skābekļa un galvenokārt tiek izmantotas dūņu apstrādei. Visu bioloģiskās attīrīšanas iekārtu komplektu var iedalīt trīs grupās atkarībā no aktīvās biomasas atrašanās vietas tajās:
1) aktīvā biomasa tiek fiksēta uz stacionāra materiāla, un notekūdeņi plānā kārtā slīd virs iekraušanas materiāla - biofiltriem;
2) aktīvā biomasa atrodas ūdenī brīvā (suspendētā) stāvoklī - aerācijas tvertnes, cirkulācijas oksidācijas kanāli, oksitanki;
3) abu variantu kombinācija biomasas izvietošanai - iegremdējamie biofiltri, biotankas, aerācijas tvertnes ar pildvielām.
Bioloģisko attīrīšanu var veikt arī dabiskos apstākļos augsnes apstrādes iekārtās un bioloģiskajos dīķos.
4.1. Aerobikas tīrīšanas metodes.
Apstrāde apūdeņošanas laukos, filtrācijas laukos un bioloģiskajos dīķos izceļas ar salīdzinoši zemām būvniecības un ekspluatācijas izmaksām, buferspēju notekūdeņu novadīšanas laikā, pH, temperatūras svārstībām un pietiekamu barības vielu izvadīšanas pakāpi no ūdens. Trūkumi ir darba sezonalitāte un zemais piesārņotāju oksidēšanās ātrums. Apūdeņošanas lauki un filtrācijas lauki ir augsnes apstrādes metodes.
Apūdeņošanas lauki ir lauksaimniecības zemes, kas īpaši paredzētas notekūdeņu attīrīšanai un vienlaikus augu audzēšanai. Filtrēšanas laukos attīrīšana tiek veikta bez augu līdzdalības. Notekūdeņu attīrīšana apūdeņošanas laukos balstās uz augsnes mikrofloras, gaisa skābekļa, saules un augu aktivitātes ietekmi. Notekūdeņu attīrīšanā dažādās pakāpēs tiek iesaistīts 1,5-2 m biezs aktīvs augsnes slānis.Organisko vielu mineralizācija galvenokārt notiek augšējais pusmetra augsnes slānis. Tajā pašā laikā palielinās augsnes auglība, kas ir saistīta ar augsnes bagātināšanu ar nitrātiem, fosforu un kāliju. Tomēr kopējais notekūdeņu sāls sastāvs nedrīkst pārsniegt 4-6 g/l, lai novērstu augsnes sāļošanos. Notekūdeņi tiek piegādāti apūdeņošanas laukiem periodiski ar 5 dienu intervālu. Ziemā vietās ar aukstām ziemām notekūdeņi ir sasaluši. Apūdeņošanas laukos izmantoto notekūdeņu savākšanai tiek izmantoti uzglabāšanas dīķi ar ietilpību, kas vienāda ar sešu mēnešu ūdens uzkrāšanos tajos.
Bioloģiskā dīķi- mākslīgi izveidoti vai dabiski rezervuāri, kuros notekūdeņu attīrīšana notiek dabisko pašattīrīšanās procesu ietekmē. Tos var izmantot gan pašattīrīšanai, gan dziļai pēcattīrīšanai notekūdeņiem, kam veikta bioloģiskā attīrīšana. Tie ir sekli rezervuāri (0,5-1 m), kurus labi silda saule un apdzīvo ūdens organismi.
Biodīķos notiekošajos procesos tiek novērots pilnīgs dabiskais organisko piesārņotāju iznīcināšanas cikls. Dažādu faktoru ietekme uz dīķu darbību var tajos radīt gan aerobos, gan aerobos-anaerobos apstākļus. Dīķus, kas pastāvīgi darbojas aerobos apstākļos, sauc par aerētiem, savukārt dīķus ar mainīgiem apstākļiem sauc par fakultatīviem.
Aerobos apstākļus dīķos var uzturēt vai nu ar dabisku skābekļa piegādi no atmosfēras un fotosintēzi, vai ar piespiedu gaisa ievadīšanu ūdenī. Tāpēc tiek nošķirti dīķi ar dabisko un mākslīgo aerāciju. Ūdens uzturēšanās laiks dīķos ar dabisko aerāciju svārstās no 7 līdz 60 dienām. Kopā ar notekūdeņiem no sekundārajām nostādināšanas tvertnēm tiek izvadītas aktīvās dūņas, kas ir sēklas materiāls. Tīrīšanas efektivitāti dīķos nosaka gada laiks, aukstajā periodā tā strauji samazinās.
Dīķiem ar mākslīgo aerāciju ir ievērojami mazāks tilpums un nepieciešamā attīrīšanas pakāpe parasti tiek sasniegta 1-3 dienās.
Biofiltri - mākslīgās bioloģiskās attīrīšanas konstrukcijas - ir apaļas vai taisnstūrveida konstrukcijas no ķieģeļiem vai dzelzsbetona, noslogotas ar filtru materiālu, uz kuru virsmas veidojas bioplēve. Notekūdeņi tiek filtrēti caur iekraušanas slāni, kas pārklāts ar mikroorganismu plēvi, kuras dzīvībai svarīgās aktivitātes dēļ tiek veikta attīrīšana. Izlietotā (mirušo) bioplēve tiek nomazgāta ar plūstošiem notekūdeņiem un izņemta no biofiltra.
Pamatojoties uz iekraušanas materiāla veidu, biofiltrus iedala divās kategorijās: ar tilpuma (granulētu) un plakanu iekraušanu. Kā granulu iekraušana tiek izmantota šķembas, grants, oļi, izdedži, keramzīts, keramikas un plastmasas gredzeni, kubi, bumbiņas, cilindri u.c. Plakanā iekraušana sastāv no metāla, auduma un plastmasas sietiem, režģiem, blokiem, gofrētām loksnēm, plēvēm utt., kas bieži sarullētas ruļļos.
Biofiltrus ar tilpuma slodzi iedala pilināmajos, lielas slodzes un torņos. Pilienveida biofiltri ir pēc konstrukcijas vienkāršākie, tie ir noslogoti ar smalkas frakcijas materiālu 1-2 m augstumā un ar jaudu līdz 1000 m 3 /dienā, tie nodrošina augstu attīrīšanas pakāpi. Augstas slodzes filtros izmanto lielāka izmēra iekraušanas gabalus, un to augstums ir 2-4 m. Iekraušanas augstums torņu filtros sasniedz 8-16 m. Pēdējie divu veidu filtri tiek izmantoti pie notekūdeņu plūsmas ātrumiem līdz 50 tūkstošiem m 3 / dienā, gan pilnai, gan nepilnīgai bioloģiskai attīrīšanai.
Bioloģiskiem filtriem ar plakanu slodzi ir ievērojami lielāka oksidācijas spēja nekā filtriem ar tilpuma slodzi. Oksidēšanas spēja ir skābekļa šķīdināšanas ātrums pilnībā dezoksigenēta ūdens aerācijas laikā atmosfēras spiedienā un temperatūrā 20 °C (g O 2 /h)); Tam tuvs ir oksidatīvās jaudas jēdziens - piesārņojošo vielu oksidācijas reakciju ātrums (g O 2 / (m 3 h)).
Starpposmu starp aerācijas tvertnēm un biofiltriem ieņem iegremdējamie biofiltri un biotvertnes-biofiltri.
Iegremdējamie (disku) biofiltri ir rezervuārs, kurā atrodas rotējoša vārpsta ar uz tiem uzstādītiem diskiem, kas pārmaiņus saskaras ar notekūdeņiem un gaisu. Disku izmērs ir 0,5-3 m, attālums starp tiem ir 10-20 mm, tie var būt no metāla, plastmasas un azbestcementa, disku skaits uz vārpstas ir no 20 līdz 200 . Biotvertnes biofiltrs ir korpuss, kas satur paplātes iekraušanas elementus, kas sakārtoti šaha formā. Šos elementus no augšas apūdeņo ar ūdeni, kas, tos piepildot, plūst pa malām uz leju. Uz elementu ārējām virsmām veidojas bioplēve, un iekšpusē veidojas biomasa, kas atgādina aktīvās dūņas. Dizains nodrošina augstu veiktspēju un tīrīšanas efektivitāti.
Balstoties uz gaisa ieplūdes principu aerējamās slodzes biezumā, biofiltri var būt ar dabisko un piespiedu aerāciju.
Bioloģisko filtru palaišanas periodā uz barības gabaliņiem tiek uzaudzēta bioloģiskā plēve. Šīs filmas galvenais aģents ir mikrobu populācija. Bioplēves mikroorganismi izmanto organiskos piemaisījumus notekūdeņos kā uztura un elpošanas avotus, un palielinās bioplēves masa. Palielinoties plēves biezumam, tā mirst un tiek izskalota ar plūstošiem notekūdeņiem. Biofiltrā attīrītais ūdens kopā ar atmirušās bioplēves daļiņām nonāk sekundārajā nostādināšanas tvertnē. Bioplēves masas struktūras augstās noturēšanas spējas dēļ bioloģiski aktīvā materiāla pārstrāde parasti nav paredzēta.
Saņemot notekūdeņus ar BSP > 300 mg/l, lai izvairītos no biežas biofiltra virsmas aizsērēšanas, tiek nodrošināta recirkulācija - daļas attīrītā ūdens atgriešana sākotnējo notekūdeņu atšķaidīšanai. Attīrīta ūdens recirkulācija palielina izšķīdušā skābekļa saturu maisījumā, saglabā vienmērīgāku hidraulisko slodzi un izlīdzina bioplēves koncentrāciju visā konstrukcijas augstumā. Tomēr tas palielina nepieciešamību pēc nostādināšanas tvertnes tilpumiem un palielina enerģijas patēriņu ūdens sūknēšanai.
Notekūdeņu sadale pa biofiltra virsmu tiek veikta ar stacionāriem sprinkleriem (sprinkleriem) vai rotējošiem strūklas sprinkleriem ar ciklisku ūdens padevi 5-10 minūtes.
Biofiltru izmantošanu ierobežo to aizsērēšanas iespēja, oksidatīvās jaudas samazināšanās ekspluatācijas laikā, nepatīkamu smaku parādīšanās un vienmērīgas plēves augšanas grūtības.
Tīrīšana aerācijas tvertnēs. Liela apjoma notekūdeņu aerobā bioloģiskā attīrīšana tiek veikta aerācijas tvertnēs - dzelzsbetona gāzveida konstrukcijās ar brīvi peldošām aktīvām dūņām attīrītā ūdens apjomā, kuru biopopulācija iztikai izmanto notekūdeņu piesārņojumu.
Aerotankas var klasificēt pēc šādiem kritērijiem:
1) pēc plūsmas struktūras - aerācijas tvertnes-izspiedēji, aerācijas tvertnes-maisītāji un aerācijas tvertnes ar izkliedētu atkritumu šķidruma ieplūdi (vidējais veids);
2) pēc aktīvo dūņu reģenerācijas metodes - aerācijas tvertnes ar atsevišķiem vai kombinētiem dūņu reģeneratoriem;
3) pēc aktīvo dūņu slodzes - lielas slodzes (nepilnīgai attīrīšanai), parastā un mazslodzes (ar pagarinātu aerāciju);
4) pēc posmu skaita - viena, divu un daudzpakāpju;
5) pēc notekūdeņu ievadīšanas veida - caurtece, puscaurtece, ar mainīgu darbības līmeni, kontakts;
6) pēc aerācijas veida - pneimatiskā, mehāniskā, kombinētā hidrodinamiskā vai pneimomehāniskā;
7) pēc konstrukcijas raksturlielumiem - taisnstūrveida, apaļas, kombinētas, šahtas, filtru tvertnes, flotācijas tvertnes utt.
Aerotankus izmanto ārkārtīgi plašā notekūdeņu plūsmas ātruma diapazonā no vairākiem simtiem līdz miljoniem kubikmetru dienā.
Aerācijas tvertnēs-maisītājos slodze uz dūņām un piesārņotāju oksidēšanās ātrums praktiski nemainās visā konstrukcijas garumā. Tie ir vispiemērotākie koncentrētu (BOSP līdz 1000 mg/l) rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanai ar būtiskām to plūsmas ātruma un piesārņotāju koncentrācijas svārstībām. Aerācijas tvertnēs-izspiestājos piesārņotāju slodze uz dūņām un to oksidēšanās ātrums svārstās no augstākajām vērtībām konstrukcijas sākumā līdz zemākajai tās beigās. Šādas konstrukcijas tiek izmantotas, ja tiek nodrošināta pietiekami viegla aktīvo dūņu adaptācija. Aerācijas tvertnēs ar izkliedētu ūdens padevi visā garumā, vienību slodzes uz dūņām samazinās un kļūst vienmērīgas. Šādas iekārtas izmanto rūpniecisko un sadzīves notekūdeņu maisījumu attīrīšanai. Aerācijas tvertnes darbība ir nesaraujami saistīta ar sekundārās nostādināšanas tvertnes normālu darbību, no kuras aktīvās dūņas tiek nepārtraukti iesūknētas aerācijas tvertnē. Sekundārās nostādināšanas tvertnes vietā var izmantot flotatoru, lai atdalītu dūņas no ūdens.
Vienpakāpes shēmā bez reģeneratora notekūdeņu attīrīšanas procesu nav iespējams pastiprināt. Reģeneratora klātbūtnē tajā beidzas oksidācijas procesi un dūņas iegūst savas sākotnējās īpašības. Vienpakāpes shēmas bez dūņu reģenerācijas izmanto pie BSP 150 mg/l. Divpakāpju shēmu izmanto, ja organisko piesārņotāju sākotnējā koncentrācija ūdenī ir augsta, kā arī tad, ja ūdenī ir vielas, kuru oksidācijas pakāpes krasi atšķiras. Pirmajā attīrīšanas posmā notekūdeņu BSP tiek samazināts par 50-70%.
Lai nodrošinātu normālu bioloģiskās oksidācijas procesa norisi, aerācijas tvertnē nepārtraukti jāpavada gaiss. Aerācijas sistēma ir konstrukciju un speciālu iekārtu komplekss, kas apgādā šķidrumu ar skābekli, uztur dūņas suspensijā un pastāvīgi sajauc notekūdeņus ar dūņām. Lielākajai daļai aerācijas tvertņu veidu aerācijas sistēma nodrošina šo funkciju vienlaicīgu izpildi. Saskaņā ar metodi gaisa izkliedēšanai ūdenī praksē tiek izmantotas šādas aerācijas sistēmas: pneimatiskā, mehāniskā, pneimomehāniskā un strūklas. Mūsu valstī pneimatiskā aerācijas sistēma ir kļuvusi plaši izplatīta.
Moderna aerācijas tvertne ir tehnoloģiski elastīga konstrukcija, kas ir koridora tipa dzelzsbetona tvertne, kas aprīkota ar aerācijas sistēmu. Aerācijas tvertņu darba dziļums tiek ņemts no 3 līdz 6 m, koridora platuma attiecība pret darba dziļumu ir no 1:1 līdz 2:1. Aerācijas tvertnēm un reģeneratoriem sekciju skaitam jābūt vismaz divām; ar ražīgumu līdz 50 tūkst.m 3 /dienā tiek piešķirtas 4-6 sekcijas, ar lielāku produktivitāti 8-10 sekcijas, visas strādā. Katra sadaļa sastāv no 2-4 koridoriem.
Izspiešanas aerācijas tvertnes ir garas koridora konstrukcijas, kurās ūdens un aktīvās dūņas tiek pievadītas konstrukcijas sākumam, un dūņu maisījums tiek novadīts tās beigās. Šajā gadījumā praktiski nenotiek ienākošā ūdens sajaukšanās ar iepriekš saņemto ūdeni. Šādas aerācijas tvertnes sastāv no vairākiem koridoriem un var būt ar iebūvētu reģeneratoru vai bez tā. Šādu aerācijas tvertņu garums sasniedz 50-150 m, un tilpums ir no 1,5 līdz 30 tūkstošiem m 3. Lielā mērā pārvietošanas režīms atbilst šūnu tipa aerācijas tvertņu konstrukcijai, tās ir taisnstūrveida plānojuma struktūrās, sadalītas vairākos nodalījumos ar šķērseniskām starpsienām. Maisījums no pirmā nodalījuma nonāk otrajā (no apakšas), no otrā uz trešo tas plūst caur starpsienu (no augšas) utt. Katrā šūnā ir izveidots pilnīgs sajaukšanas režīms, un vairāku secīgu maisītāju summa veido gandrīz ideālu izspiestāju. Tas novērš ūdens atgriešanos un nenotiek gareniskā sajaukšanās.
Notekūdeņi un dūņas aerācijas tvertnēs-maisītājos tiek piegādāti un izvadīti vienmērīgi gar konstrukcijas garajām malām. Tiek uzskatīts, ka ienākošais maisījums ļoti ātri (aprēķinos uzreiz) sajaucas ar visas aerācijas tvertnes saturu. Tas ļauj vienmērīgi sadalīt organiskos piesārņotājus un izšķīdušo skābekli un nodrošināt konstrukcijas darbību nemainīgos apstākļos un lielās slodzēs. Aerācijas tvertnes-maisītāja koridora platums ir 3-9 m, koridoru skaits 2-4, garums līdz 150 m.
Salīdzinājumā ar aerācijas tvertnēm-izspiedējiem, aerācijas tvertnēm-maisītājiem attīrītajā ūdenī ir augsta piemaisījumu koncentrācija. Tāpēc ieteicams tos izmantot koncentrētu notekūdeņu attīrīšanai pirmajā posmā, bet aerācijas tvertnes-izspiedējus - otrajā posmā.
Aero tanki- maisītājus var savienot ar sekundārajām nostādināšanas tvertnēm un izgatavot no tām atsevišķi. Aero-nosēdināšanas tvertnes (aeropaātrinātāji) ir kompaktas, ļauj palielināt dūņu maisījuma recirkulāciju, neizmantojot īpašas sūkņu stacijas, uzlabo nostādināšanas tvertnes skābekļa režīmu un palielina dūņu devu līdz 3-5 g/ l, attiecīgi palielinot oksidatīvo jaudu.
Vidējā tipa aerācijas tvertnēs ir apvienoti pārvietošanas aerācijas tvertņu un maisīšanas aerācijas tvertņu elementi. Tajos ietilpst aerācijas tvertnes ar izkliedētu ūdens padevi un koncentrētu aktīvo dūņu padevi, kā arī aerācijas tvertņu-maisītāju kaskāde. Tie rada apstākļus augstākai aktīvo dūņu vidējai koncentrācijai nekā aerācijas tvertnēs-izspiestājos, un nodrošina augstāku tīrīšanas kvalitāti nekā aerācijas tvertnēs-maisītājos. Tie tiek veikti divu vai četru koridoru konstrukciju veidā. Kapitāla izmaksas šādu aerācijas tvertņu izbūvei tiek samazinātas par vismaz 15%, salīdzinot ar iepriekš apskatītajām, vienlaikus saglabājot augstu tīrīšanas kvalitāti.
Oksitankas ir paredzētas notekūdeņu bioķīmiskai attīrīšanai, kur gaisa vietā tiek izmantots tehniskais skābeklis. Pateicoties tam, tiek radīti apstākļi aktīvo dūņu devas palielināšanai (līdz 6-10 g/l), tiek samazināts enerģijas patēriņš aerācijai, palielināta oksidatīvā jauda (5-10 reizes lielāka nekā aerācijas tvertnēm) un skābekļa izmantošanas efektivitāte ir 90-95%.
Tipiskās bioķīmiskās attīrīšanas shēmas parasti ietver vairākas iekārtas notekūdeņu vidējai noteikšanai, to mehāniskai attīrīšanai, faktisko bioloģisko attīrīšanas iekārtu, ierīces reaģentu sagatavošanai un dozēšanai, notekūdeņu pēcapstrādei un dūņu attīrīšanai. Shēmas var būt vienpakāpes vai daudzpakāpju. Saskaņā ar iepriekš minēto shēmu tiek veikta rūpniecisko un sadzīves notekūdeņu kopīga attīrīšana. Ar šādu tīrīšanu process norit stabilāk un pilnīgāk, jo Sadzīves notekūdeņi satur barības vielas un arī atšķaida rūpnieciskos notekūdeņus. Notekūdeņi, kas iepriekš attīrīti mehāniskās attīrīšanas iekārtās, tiek nosūtīti bioloģiskai attīrīšanai aerācijas tvertnēs ar reģeneratoriem. Sekundārajās nostādināšanas tvertnēs izdalītās aktīvās dūņas tiek sadalītas divās plūsmās: cirkulējošās dūņas, izmantojot sūkņu staciju, tiek iesūknētas reģeneratorā un pēc tam aerācijas tvertnē, liekās dūņas tiek nosūtītas attīrīšanai uz primārajām nostādināšanas tvertnēm. Attīrīts ūdens tiek hlorēts un nosūtīts uz rezervuāru vai atgriezts ražošanā. Atdalītās dūņas tiek pārstrādātas bioreaktoros un atūdeņotas uz dūņu gultām, bet fermentācijas laikā izdalītā gāze tiek sadedzināta katlu telpā.
4.2. Anaerobās tīrīšanas metodes.
Notekūdeņu dūņu neitralizācijai un koncentrētu notekūdeņu priekšattīrīšanai var izmantot anaerobās fermentācijas procesu. Atkarībā no gala produkta veida izšķir šādus fermentācijas veidus: spirtu, propionskābi, pienskābi, metānu u.c. Fermentācijas galaprodukti ir spirti, skābes, acetons, fermentācijas gāzes (CO 2, H 2, CH 4).
Metāna fermentāciju izmanto notekūdeņu attīrīšanai. Šis process ir sarežģīts un sastāv no daudziem posmiem, metāna fermentācijā izšķir divas fāzes. Pirmajā fermentācijas fāzē (skābā) tiek sadalītas kompleksās organiskās vielas, veidojoties organiskajām skābēm, kā arī spirti, amonjaks, acetons, H 2 S, CO 2, H 2 u.c., kā rezultātā. notekūdeņus paskābina līdz pH = 5-6. Pēc tam metāna baktēriju (sārma fāze) iedarbībā skābes tiek iznīcinātas, veidojot CH 4 un CO 2. Tiek uzskatīts, ka transformācijas ātrumi abās fāzēs ir vienādi. Vidēji organisko savienojumu sadalīšanās pakāpe ir 40%.
Metāna fermentācijas procesi tiek veikti bioreaktoros - hermētiski noslēgtās tvertnēs, kas aprīkotas ar ierīcēm apstrādāto dūņu ievadīšanai un raudzēto dūņu izvadīšanai.
Fermentācijas procesus veic mezofilos (30-35 °C) un termofīlos (50-55 °C) apstākļos. Termofīlos apstākļos organisko savienojumu iznīcināšana notiek intensīvāk. Bioreaktors ir dzelzsbetona tvertne ar konisku dibenu, kas aprīkota ar ierīci gāzes uztveršanai un izvadīšanai, kā arī aprīkota ar sildītāju un maisītāju. Tiek izmantoti pārstrādes aparāti ar diametru līdz 20 m un lietderīgo tilpumu līdz 4000 m 3.
Notekūdeņu fermentācijas process tiek veikts divos posmos. Šajā gadījumā daļa nogulšņu no otrā bioreaktora tiek atgriezta atpakaļ pirmajā, kur tiek nodrošināta laba sajaukšanās. Fermentācijas laikā izdalās gāzes ar vidējo CH 4 saturu - 63-65%, CO 2 - 32-34%. Gāzes siltumspēja ir 23 MJ/kg, to sadedzina tvaika katlu krāsnīs. Iegūtais tvaiks tiek izmantots nogulumu sildīšanai bioreaktoros vai citiem mērķiem.
Bibliogrāfija
Vides aizsardzības tehnoloģija /Rodionovs A.I., Klushin V.N., Torocheshnikov N.S. Mācību grāmata augstskolām. – M.: Ķīmija, 1989.
Komarova L.F., Kormina L.A. Inženiermetodes vides aizsardzībai. Tehnoloģija atmosfēras un hidrosfēras aizsardzībai no rūpnieciskā piesārņojuma: mācību grāmata. - Barnaula, 2000.
Notekūdeņos ir organiskas un neorganiskas izcelsmes vielas, ar daudz vairāk organisko. Un, ja vienkāršākais veids, kā atbrīvoties no neorganiskajiem ieslēgumiem, ir mehāniski, tad organisko piemaisījumu noņemšanai ir vajadzīgas citas metodes. Viena no galvenajām ir bioloģiskā notekūdeņu attīrīšana. Par tā īpašībām, šķirnēm un tehnoloģijām jūs uzzināsit šajā rakstā.
Ūdens ir dzīvība, bet mēs to patērējam tīru un atdodam atpakaļ netīru. Ja notekcaurules netiks iztīrītas, tad pavisam drīz pienāks daudzu zinātniskās fantastikas aprakstītais “dārgā mitruma” laiks. Daba var attīrīt ūdeni pati, taču šie procesi norit ļoti lēni. Pieaug cilvēku skaits, palielinās arī ūdens patēriņa apjoms, tāpēc organizētas un rūpīgas notekūdeņu attīrīšanas problēma ir īpaši aktuāla. Visefektīvākā ūdens attīrīšanas tehnoloģija ir bioloģiskā. Bet, pirms apsvērt tā darbības pamatprincipus, jums ir jāsaprot ūdens sastāvs.
Sadzīves notekūdeņu sastāvs
Jebkurā mājā ar tekošu ūdeni ir arī kanalizācijas sistēma. Tas nodrošina normālus procesus notekūdeņu novadīšanai no dzīvokļiem un mājām uz attīrīšanas stacijām. Kanalizācijas caurulēs ir parasts ūdens, bet tas ir piesārņots. Tajā ir tikai 1% piemaisījumu, bet tieši tas padara notekūdeņus nederīgus turpmākai izmantošanai. Tikai pēc attīrīšanas ūdeni var atkārtoti izmantot dzeršanai un ikdienas lietošanai.
Precīzu notekūdeņu sastāvu nevar nosaukt, jo tas ir atkarīgs no speciālā parauga ņemšanas vietas, taču pat tajā pašā vietā piemaisījumu daudzums un kopums var atšķirties. Visbiežāk ūdens satur cietas daļiņas, bioloģiskus piemaisījumus un neorganiskus ieslēgumus. Ar neorganiskām vielām viss ir vienkārši – pat visvienkāršākais filtrs to noņem, bet ar organiskajām vielām būs jācīnās. Ja nekas netiek darīts, šīs vielas sāk sadalīties un veido puves nogulsnes (tātad nepatīkama raksturīgā “notekūdeņu smaka”). Turklāt sāk pūt ne tikai sadalītās organiskās vielas, bet arī ūdens.
Īsāk sakot, notekūdeņi satur taukus, virsmaktīvās vielas, fosfātus, hlorīdu un slāpekļa savienojumus, naftas produktus un sulfātus. Viņi nevar paši pazust no ūdens - tiem nepieciešama visaptveroša tīrīšana. Īpaši aktuāla problēma ir tajās mājās, kurām ir autonoma kanalizācijas un ūdens apgādes sistēma, jo katrā vietā ir gan ūdenskrātuve, gan ūdens aka. Ja notekas netiek iztīrītas, tās var nonākt krānā – un situācija var kļūt dzīvībai bīstama.
Sadzīves un rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanas metodes
Notekūdeņi var pašattīrīties dabiskos apstākļos, bet tikai tad, ja to tilpums ir mazs. Tā kā rūpniecības nozare mūsdienās ir ļoti attīstīta, izplūdes atverē rodas ievērojams notekūdeņu apjoms. Un, lai iegūtu tīru ūdeni, cilvēkam ir jāatrisina notekūdeņu jautājums - tas ir, tie jāattīra. Ir vairākas notekūdeņu attīrīšanas metodes - mehāniskā, ķīmiskā, fizikāli ķīmiskā un bioloģiskā. Sīkāk apskatīsim katra no tām iezīmes.
Mehāniskā tīrīšana ietver tādu paņēmienu izmantošanu kā filtrēšana un sedimentācija. Galvenie instrumenti ir režģi, sieti, filtri, slazdi un slazdi. Kad ūdens tiek primāri attīrīts, tas nonāk nostādināšanas tvertnē - konteinerā, kas paredzēts notekūdeņu nosēdināšanai, veidojot nogulsnes. Mehāniskā tīrīšana tiek izmantota lielākajā daļā mūsdienu sistēmu, bet reti kā neatkarīga metode. Lieta tāda, ka tas nav piemērots ķīmisko komponentu un organisko piemaisījumu noņemšanai.
Ķīmiskā attīrīšana tiek veikta, izmantojot reaģentus - īpašas ķīmiskas vielas, kas reaģē ar ūdenī esošajiem piemaisījumiem un veido nešķīstošas nogulsnes. Rezultātā šķīstošās suspendētās vielas saturs samazinās par 25%, bet nešķīstošās – par 95%.
Fizikāli ķīmiskā attīrīšana ietver tādu paņēmienu izmantošanu kā oksidēšana, koagulācija, ekstrakcija utt. Šie procesi dod iespēju no ūdens atdalīt neorganiskos ieslēgumus un iznīcināt slikti oksidētos organiskos piemaisījumus. Populārākā fizikālās un ķīmiskās tīrīšanas metode ir elektrolīze.
Bioloģiskā apstrāde ir process, kura pamatā ir konkrētu mikroorganismu izmantošana un to dzīves principi. Baktērijas īpaši iedarbojas uz noteiktiem organiskiem piesārņotājiem, un notiek ūdens attīrīšana.
Bioloģiskās notekūdeņu attīrīšanas metodes un to ieguvumi. Stacijas un būves notekūdeņu bioloģiskajai attīrīšanai
Bioloģiskās notekūdeņu attīrīšanas metodes ietver aerācijas tvertnes, bioloģiskos filtrus un tā sauktos biodīķus. Katrai metodei ir savas īpašības, par kurām mēs jums pastāstīsim tālāk.
Aero tanki
Šī bioloģiskā attīrīšanas metode ietver iepriekš mehāniski attīrītu notekūdeņu un aktīvo dūņu mijiedarbību. Mijiedarbība notiek īpašos konteineros – tie sastāv vismaz no divām sekcijām un ir aprīkoti ar aerācijas sistēmām. Aktīvās dūņas satur lielu skaitu aerobo mikroorganismu, kas atbilstošos apstākļos no notekūdeņiem izvada dažādus piesārņotājus. Dūņas ir sarežģīta biocenozes sistēma, kurā baktērijas, pakļaujoties regulārai skābekļa padevei, sāk absorbēt organiskos piemaisījumus. Bioloģiskā attīrīšana notiek pastāvīgi saskaņā ar vienu galveno nosacījumu - gaisam ir jāiekļūst ūdenī. Kad organiskā apstrāde ir pabeigta, skābekļa patēriņa (BOD) līmenis pazeminās un ūdens tiek piegādāts nākamajām sekcijām.
Citās sadaļās darbā iekļautas nitrificējošās baktērijas, kas no amonija sāļiem apstrādā tādu elementu kā slāpeklis, veidojot nitrītus. Šos procesus veic viena mikroorganismu daļa, bet otra ēd nitrītus, veidojot nitrātus. Pēc šī procesa pabeigšanas attīrītie notekūdeņi tiek ievadīti sekundārajā nostādināšanas tvertnē. Šeit aktīvās dūņas nogulsnējas, un attīrītais ūdens tiek nosūtīts uz rezervuāriem.
Biofiltrs ir lauku māju īpašnieku iecienīta bioloģiskās attīrīšanas stacija. Tā ir kompakta ierīce, kas ietver rezervuāru ar iekraušanas materiālu. Aktīvās plēves veidā biofiltrā ir mikroorganismi, kas veic tādus pašus procesus kā pirmajā gadījumā.
Instalācijas veidi:
- divpakāpju;
- pilienu filtrēšana.
Ierīču ar pilienu filtrēšanu veiktspēja ir zema, taču tās garantē maksimālo notekūdeņu attīrīšanas pakāpi. Otrais veids ir produktīvāks, bet tīrīšanas kvalitāte būs aptuveni tāda pati kā pirmajā gadījumā. Abi filtri sastāv no tā sauktā “korpusa”, sadalītāja, drenāžas un gaisa sadales sistēmām. Biofiltru darbības princips ir līdzīgs aerācijas tvertņu darbības principam.
Bioloģiskie dīķi
Lai veiktu notekūdeņu attīrīšanu ar šo metodi, ir jābūt atvērtam mākslīgam rezervuāram, kurā notiks pašattīrīšanās procesi. Šī metode ir visefektīvākā, ir piemēroti pat sekli dīķi līdz vienam metram dziļi. Ievērojams virsmas laukums ļauj ūdenim labi sasilt, kam ir arī nepieciešamā ietekme uz attīrīšanā iesaistīto mikroorganismu dzīvības procesiem. Šī metode ir visefektīvākā siltajā sezonā - aptuveni 6 grādu temperatūrā un zemāk oksidācijas procesi tiek apturēti. Ziemā tīrīšana nenotiek vispār.
Dīķu veidi:
- zivju audzēšana (ar atšķaidīšanu);
- daudzpakāpju (bez atšķaidīšanas);
- terciārās attīrīšanas dīķi.
Pirmajā gadījumā notekūdeņus sajauc ar upes ūdeni un pēc tam nosūta uz dīķiem. Otrajā gadījumā ūdens tiek nosūtīts uz rezervuāru bez atšķaidīšanas tūlīt pēc nostādināšanas. Pirmā metode prasa apmēram divas nedēļas, bet otra - mēnesi. Daudzpakāpju sistēmu priekšrocība ir to salīdzinoši zemā cena.
Kādas ir notekūdeņu bioloģiskās attīrīšanas priekšrocības?
Bioloģiskā notekūdeņu attīrīšana garantē gandrīz 100% tīra ūdens ražošanu. Tomēr, lūdzu, ņemiet vērā, ka biostacija netiek izmantota kā neatkarīga metode. Jūs varat iegūt kristāldzidru ūdeni tikai tad, ja vispirms noņemat neorganiskos piemaisījumus ar citiem līdzekļiem un pēc tam noņemat organiskās vielas ar bioloģisku metodi.
Aerobās un anaerobās baktērijas - kas tās ir?
Notekūdeņu attīrīšanas procesā izmantotie mikroorganismi tiek iedalīti aerobos un anaerobos. Aerobi eksistē tikai skābekli saturošā vidē un pilnībā sadala organiskās vielas līdz CO2 un H2O, vienlaikus sintezējot savu biomasu. Šī procesa formula ir šāda:
CxHyOz + O2 -> CO2 + H2O + baktēriju biomasa,
kur CxHyOz ir organiska viela.
Anaerobie mikroorganismi normāli tiek galā bez skābekļa, bet to biomasas pieaugums ir neliels. Šāda veida baktērijas ir nepieciešamas organisko savienojumu fermentācijai bez skābekļa, veidojot metānu. Formula:
CxHyOz -> CH4 + CO2 + baktēriju biomasa
Anaerobās metodes ir neaizstājamas pie augstām organisko vielu koncentrācijām, kas pārsniedz maksimāli pieļaujamo aerobajiem mikroorganismiem. Ar zemu organisko vielu saturu anaerobie mikroorganismi, gluži pretēji, ir neefektīvi.
Bioloģisko ūdens attīrīšanas metožu mērķis
Lielākā daļa atkritumu piesārņotāju ir organiskas izcelsmes vielas. Galvenie šo piesārņotāju avoti un attīrīto notekūdeņu patērētāji:
- Mājokļu un komunālie pakalpojumi, pārtikas rūpniecības uzņēmumi un lopkopības kompleksi.
- Ķīmiskās, naftas pārstrādes, celulozes un papīra un ādas rūpniecības uzņēmumi.
Notekūdeņu sastāvs šajos gadījumos būs atšķirīgs. Viens ir skaidrs - tikai ar visaptverošu tīrīšanu ar obligātu bioloģisko metožu izmantošanu var sasniegt ideālus rezultātus.
Bioloģiskās apstrādes principi un nepieciešamo iekārtu saraksts
Ņemot vērā pašreizējos bioloģiskās attīrīšanas principus, tiek izvēlētas iekārtas bioloģiskās attīrīšanas iekārtas organizēšanai. Galvenās iespējas:
- bioloģiskie dīķi;
- filtru lauki;
- biofiltri;
- aerācijas tvertnes;
- metatenks;
- filtru akas;
- smilšu un grants filtri;
- cirkulācijas oksidācijas kanāli;
- bioreaktori.
Lūdzu, ņemiet vērā, ka mākslīgai un dabiskai notekūdeņu attīrīšanai var izmantot dažādas metodes.
Notekūdeņu attīrīšana, izmantojot bioloģiskās metodes: priekšrocības un trūkumi
Bioloģiskās metodes ir efektīvas notekūdeņu attīrīšanai no organiskām vielām, taču patiesi augstus rezultātus var sasniegt tikai integrēti izmantojot dažādas metodes. Turklāt baktēriju iespējas nav neierobežotas – mikroorganismi noņem nelielus organiskos piemaisījumus. Bioloģiskās attīrīšanas iekārtu izmaksas ir salīdzinoši zemas.
Visas notekūdeņu attīrīšanas metodes
Pirms nonākšanas bioloģiskajā attīrīšanas sistēmā notekūdeņiem jāveic mehāniska attīrīšana, bet pēc tam - dezinfekcija (hlorēšana, ultraskaņa, elektrolīze, ozonēšana utt.) un dezinfekcija. Tāpēc kā daļa no visaptverošas notekūdeņu attīrīšanas tiek izmantotas arī ķīmiskās, mehāniskās, membrānas un reaģentu metodes.
Šīs metodes izmanto sadzīves un rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanai no daudzām šķīstošām organiskām un dažām neorganiskām (sērūdeņraža, amonjaka, sulfīdu, nitrītu u.c.) vielām. Attīrīšanas procesa pamatā ir mikroorganismu spēja dzīvības procesā izmantot uzturā uzskaitītās vielas - organiskās vielas mikroorganismiem ir oglekļa avots. Bioķīmiskā notekūdeņu attīrīšana var notikt aerobos (bioķīmiskā oksidēšanās) un anaerobos (bioloģiskās sadalīšanās) apstākļos.
Anaerobā ārstēšana notiek anaerobo mikroorganismu ietekmē, kā rezultātā samazinās notekūdeņos esošo organisko piesārņotāju daudzums, jo tie pārvēršas gāzēs (metānā, oglekļa dioksīdā) un izšķīdušos sāļos, kā arī pieaug anaerobo augu biomasa. Sadalīšanās notiek 2 fāzēs: pirmkārt, organiskās vielas pārvēršas organiskās skābēs un spirtos (pirmā mikroorganismu grupa), un pēc tam organiskās skābes un spirti pārvēršas metānā un oglekļa dioksīdā (otrā mikroorganismu grupa).
Process kopumā ir atkarīgs no abām mikroorganismu grupām labvēlīgas vides uzturēšanas, un līdzsvaram starp fāzēm jābūt tādam, lai skābes tiktu izvadītas tādā pašā ātrumā, kādā tās veidojas. Anaerobo metodi galvenokārt izmanto anaerobās apstrādes laikā radušos lieko aktīvo dūņu šķelšanai.
Attīrīšana anaerobos apstākļos notiek ūdenī izšķīdināta skābekļa klātbūtnē, kas atspoguļo dabā sastopamo rezervuāru dabiskā pašattīrīšanās procesa modifikāciju. Rūpniecisko notekūdeņu bioloģiskajā attīrīšanā visizplatītākie ir tie procesi, kuros izmanto aktīvās dūņas, ko veic aerācijas tvertnēs. Aktīvās dūņas rodas suspendēto daļiņu dēļ, kas nesaglabājas nostādināšanas laikā, un koloidālo vielu dēļ, uz kurām vairojas mikroorganismi. Aktīvās dūņas gāzētā šķidrumā ievērojami paātrina oksidācijas procesus un rada apstākļus organisko vielu adsorbcijas procesiem.
Organisko vielu iznīcināšana līdz oglekļa dioksīdam un citiem nekaitīgiem oksidācijas produktiem notiek biocenozes dēļ, t.i. visu baktēriju un vienšūņu mikroorganismu komplekss, kas attīstās noteiktā struktūrā. Mikroorganismu notekūdeņu organisko komponentu patēriņš notiek 3 posmos: 1) organisko vielu un skābekļa masas pārnese no šķidruma uz šūnas virsmu; 2) vielas un skābekļa difūzija caur puscaurlaidīgo šūnu membrānu; 3) izkliedēto produktu metabolisms, ko pavada biomasas palielināšanās, enerģijas, oglekļa dioksīda u.c.
Bioloģiskās notekūdeņu attīrīšanas intensitāti un efektivitāti nosaka baktēriju sadalīšanās ātrums.
Bioloģisko notekūdeņu attīrīšanu var veikt dabiskos vai mākslīgos apstākļos.
Dabiskajos apstākļos tiek izmantoti speciāli sagatavoti zemes gabali (apūdeņošanas un filtrācijas lauki) vai bioloģiskie dīķi. Tie ir 0,5¸1 m dziļi zemes rezervuāri, kuros notiek tādi paši procesi kā rezervuāra pašattīrīšanās laikā.
Apūdeņošanas lauki– īpaši sagatavoti zemes gabali, kas tiek izmantoti vienlaikus notekūdeņu attīrīšanai un lauksaimniecības vajadzībām, t.i. graudu un skābbarības kultūru, garšaugu, dārzeņu audzēšanai, kā arī krūmu un koku stādīšanai. Filtrēšanas lauki ir paredzēti tikai notekūdeņu bioloģiskai attīrīšanai.
Apūdeņošanas lauki un bioloģiskie dīķi atrodas uz reljefa, kurā ir pakāpenisks slīpums, lai ūdens gravitācijas ceļā plūstu no vienas teritorijas uz otru. Piesārņotāju attīrīšana notiek, filtrējot ūdeni caur augsni, kurā tiek saglabātas suspendētās un koloidālās daļiņas, veidojot plēvi augsnes porās. Skābekļa iekļūšana augsnes dziļajos slāņos ir apgrūtināta, tāpēc vissmagākā oksidēšanās notiek augšējos augsnes slāņos, t.i. dziļumā līdz 0,2¸0,4 m.
Bioloģiskie dīķi– paredzētas bioloģiskai attīrīšanai un notekūdeņu pēcattīrīšanai kombinācijā ar citām attīrīšanas iekārtām. Tie ir izgatavoti dīķu kaskādes formā, kas sastāv no 3-5 pakāpieniem. Notekūdeņu attīrīšanas process tiek realizēts pēc šādas shēmas: piesārņojošo vielu oksidēšanai baktērijas izmanto skābekli, ko fotosintēzes laikā izdala aļģes, kā arī skābekli no gaisa. Aļģes patērē oglekļa dioksīdu, fosfātus un amonjaka slāpekli, kas izdalās organisko vielu bioķīmiskās sadalīšanās laikā. Tāpēc normālai dīķu darbībai ir nepieciešams uzturēt optimālas pH vērtības un notekūdeņu temperatūru. Temperatūrai jābūt vismaz 6°C, tāpēc ziemā dīķi netiek izmantoti.
Ir dīķi ar dabisko un mākslīgo aerāciju. Dīķu ar dabisko virszemes aerāciju dziļums nepārsniedz 1 m Mākslīgi aerējot dīķus, izmantojot mehāniskos aeratorus vai pūšot gaisu caur ūdens stabu, to dziļums palielinās līdz 3 m Mākslīgās aerācijas izmantošana paātrina ūdens attīrīšanas procesus. Dīķu trūkumi ir zemā oksidēšanas spēja, ekspluatācijas sezonalitāte un nepieciešamība pēc lielām platībām.
Mākslīgās bioloģiskās apstrādes iekārtas Pēc aktīvās biomasas izvietojuma tajos tās var iedalīt 2 grupās: 1) attīrītajos notekūdeņos suspendēta aktīvā biomasa (aerotankas, oksitankas); 2) aktīvā biomasa tiek fiksēta uz stacionāra materiāla, un notekūdeņi plūst ap to plānā kārtiņā (biofiltri).
Aero tanki Tās ir dzelzsbetona tvertnes, taisnstūrveida plānā, sadalītas ar starpsienām atsevišķos gaiteņos.
Notekūdeņi pēc mehāniskās attīrīšanas iekārtām tiek sajaukti ar atgriezeniskās aktīvās dūņas (biocenoze) un, secīgi ejot cauri aerācijas tvertnes koridoriem, nonāk sekundārajā nostādināšanas tvertnē. Attīrīto notekūdeņu uzturēšanās laiks aerācijas tvertnē atkarībā no tā sastāva svārstās no 6 līdz 12 stundām. Šajā laikā lielāko daļu organisko piesārņotāju apstrādā aktīvo dūņu biocenoze. Lai aktīvās dūņas uzturētu suspensijā, tās intensīvi maisot un apstrādāto maisījumu piesātina ar gaisa skābekli, aerācijas tvertnēs tiek uzstādītas dažādas aerācijas sistēmas (parasti mehāniskās vai pneimatiskās). No aerācijas tvertnēm attīrīto notekūdeņu un aktīvo dūņu maisījums nonāk sekundārajā nostādināšanas tvertnē, no kuras aktīvās dūņas, kas nosēdušās līdz apakšai, ar speciālām ierīcēm (dūņu sūkņiem) tiek novadītas sūkņu stacijas rezervuārā un attīrītas. notekūdeņi tiek piegādāti vai nu tālākai attīrīšanai, vai arī tiek dezinficēti. Bioloģiskās oksidācijas procesā palielinās aktīvo dūņu biomasa. Lai radītu optimālus apstākļus to kalpošanas laikam, liekās dūņas tiek izņemtas no sistēmas un nosūtītas uz dūņu apstrādes iekārtām, un galvenā daļa atgriezto dūņu veidā tiek atgriezta aerācijas tvertnē.
Attīrīšanas iekārtu kompleksos, kas ietver aerācijas tvertnes, ir no vairākiem desmitiem līdz 2¸3 miljoniem m3 notekūdeņu dienā.
Gaisa vietā notekūdeņu pneimatiskajai aerācijai var piegādāt tīru skābekli. Šim procesam tiek izmantotas oksitankas, kas pēc konstrukcijas nedaudz atšķiras no aerācijas tvertnēm. Oksitenku oksidatīvā spēja ir 3 reizes lielāka.
Biofiltri atrast plašu pielietojumu ar ikdienas sadzīves un rūpniecisko notekūdeņu patēriņu līdz 20-30 tūkstošiem m 3 dienā. Biofiltru svarīgākā sastāvdaļa ir iekraušanas materiāls. Pamatojoties uz iekraušanas materiāla veidu, tos iedala 2 kategorijās: ar tilpuma un plakanu iekraušanu. Biofiltri ir apaļas un taisnstūrveida tvertnes, kas ir piepildītas ar iekraušanas materiālu. Tilpuma materiāls, kas sastāv no grants, keramzīta, izdedžiem ar frakcijas lielumu 15¸80 mm, pēc frakciju šķirošanas tiek piepildīts ar 2¸4 m augstu slāni. izgatavoti no plastmasas, keramikas, metāla) un mīkstiem (velmēta auduma) blokiem, kas montēti biofiltra korpusā 8 m biezā slānī.
Virs iekraušanas materiāla virsmas pievadītie notekūdeņi tiek vienmērīgi sadalīti pa to, savukārt uz materiāla virsmas veidojas bioloģiskā plēve (biocenoze), līdzīgi kā aktīvās dūņas aerācijas tvertnēs. Iekraušanas materiālu atbalsta režģa dibens, pa kura atverēm attīrītie notekūdeņi nonāk biofiltra cietajā dibenā un, izmantojot paplātes, tiek novadīti no biofiltra sekundārajā nostādināšanas tvertnē.
Biofiltri ar tilpuma slodzi ir efektīvi pilnīgai bioloģiskai apstrādei. Pilnīgai bioloģiskai attīrīšanai var izmantot arī biofiltrus ar plakanu slodzi, taču lietderīgāk tos izmantot kā pirmo divu posmu bioloģiskās attīrīšanas posmu, kad notiek augsti koncentrētu rūpniecisko notekūdeņu eksplozijas vai ja tiek rekonstruēti attīrīšanas kompleksi.
Ekspluatējot bioloģiskās attīrīšanas iekārtas, ir jāievēro to ekspluatācijas tehnoloģiskie noteikumi, jāizvairās no pārslodzes un īpaši toksisko komponentu zalves, jo šādi pārkāpumi var negatīvi ietekmēt organismu dzīvi. Tāpēc bioloģiskajai attīrīšanai nosūtītajos notekūdeņos naftas un naftas produktu saturam jābūt ne vairāk kā 25 mg/l, virsmaktīvo vielu - ne vairāk kā 50 mg/l, izšķīdušo sāļu - ne vairāk kā 10 g/l.
Bioloģiskā attīrīšana nenodrošina pilnīgu visu patogēno baktēriju iznīcināšanu notekūdeņos. Tāpēc pēc tā ūdens tiek dezinficēts ar šķidru hloru vai balinātāju, ozonēšanu, ultravioleto starojumu, elektrolīzi vai ultraskaņu.
Attīrīto notekūdeņu dezinfekcija tiek veikta, lai iznīcinātu tajos esošās patogēnās baktērijas, vīrusus un mikroorganismus; dezinfekcijas efektam jābūt gandrīz 100%. Tāpēc pēc pilnīgas attīrīšanas notekūdeņos tiek ievadīti hlora savienojumi vai citi spēcīgi oksidētāji (ozons), kas pasargā ūdenstilpes no patogēnu iekļūšanas tajos.
Dabiskajiem ūdeņiem, cilvēku veselībai, dzīvniekiem un zivīm visbīstamākie ir dažādi radioaktīvie atkritumi, kas rodas atomelektrostacijās kodoldegvielas pārstrādes laikā. Radioaktīvo piesārņojumu saturošu notekūdeņu attīrīšana ir atkarīga no aktivitātes līmeņa un sāļuma. Ūdeņus ar zemu sāļumu apstrādā ar jonu apmaiņas un aluviālajiem filtriem. Pie liela sāls satura tiek izmantotas elektrodialīzes un iztvaicēšanas metodes, un atlikušie piesārņotāji tiek noņemti, izmantojot jonu apmaiņas iekārtas. Visi notekūdeņi ar radioaktivitāti virs pieļaujamā līmeņa tiek novadīti speciālos pazemes rezervuāros vai iesūknēti dziļos pazemes drenāžas baseinos.
Bioķīmiskās (bioloģiskās) metodes izmanto sadzīves un rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanai no daudzām izšķīdušām organiskām un dažām neorganiskām (sērūdeņraža, sulfīdu, amonjaka, nitrītu) vielām. Attīrīšanas process ir balstīts uz mikroorganismu spēju izmantot šīs vielas uzturā dzīves procesā, jo organiskās vielas mikroorganismiem ir oglekļa avots.
Bioķīmiskā oksidēšana
Saskaroties ar organiskajām vielām, mikroorganismi tās daļēji iznīcina, pārvēršot ūdenī oglekļa dioksīdu, nitrītu un sulfātu jonus u.c.. Otra vielas daļa aiziet biomasas veidošanā. Organisko vielu iznīcināšanu sauc par bioķīmisko oksidāciju.
Bioķīmisko oksidāciju veic mikroorganismu kopiena (biocenoze), kurā ietilpst daudzas dažādas baktērijas, vienšūņi un virkne augstāk organizētu organismu – aļģes, sēnītes utt., kas ar sarežģītām attiecībām (metabioze, simbioze un antagonisms) ir savstarpēji savienoti vienā kompleksā. ). Dominējošā loma šajā kopienā ir baktērijām, kuru skaits svārstās no 10 6 līdz 10 14 šūnām uz 1 g sausas bioloģiskās masas (biomasas). Baktēriju ģinšu skaits var sasniegt 5...10, sugu skaits - vairākus desmitus un pat simtus. Mikroorganismu kopienu pārstāv tikai baktērijas, ja attīrīšanu veic anaerobos apstākļos (ja nav ūdenī izšķīdināta skābekļa). Rūpnieciskajos notekūdeņos ir sastopamas līdz 30 baktēriju sugām. Šīs baktērijas sagremo eļļu, parafīnus, naftēnus, fenolus un citus savienojumus.
Starp baktērijām notekūdeņu attīrīšanas iekārtās līdzās pastāv heterotrofi un autotrofi, un viena vai otra grupa attīstās galvenokārt atkarībā no sistēmas darbības apstākļiem. Šīs divas baktēriju grupas atšķiras pēc to attiecības ar oglekļa uztura avotu. Heterotrofi izmanto gatavās organiskās vielas kā oglekļa avotu un apstrādā tās, lai ražotu enerģiju un šūnu biosintēzi. Autotrofiskie organismi patērē neorganisko oglekli šūnu sintēzei, un enerģiju iegūst fotosintēzes ceļā, izmantojot gaismas enerģiju, vai ķīmisko sintēzi, oksidējot noteiktus neorganiskus savienojumus (piemēram, amonjaku, nitrītus, dzelzs sāļus, sērūdeņradi, elementāro sēru utt.).
Mikroorganismi spēj oksidēt daudzas organiskās vielas, taču tas prasa dažādus adaptācijas laikus. Benzoskābe, etilspirti un amilspirti, glikoli, hlorhidrīdi, acetons, glicerīns, anilīns un esteri ir viegli oksidējami.
Vielas, kas atrodamas notekūdeņos koloidālā vai smalki izkliedētā stāvoklī, oksidējas ar mazāku ātrumu nekā ūdenī izšķīdušās vielas.
Bioķīmiskai attīrīšanai nosūtītos notekūdeņus raksturo to WPC un ĶSP vērtības.
MIC ir bioķīmiskais skābekļa patēriņš jeb organisko vielu oksidācijas bioķīmiskos procesos (neieskaitot nitrifikācijas procesus) izmantotais skābekļa daudzums noteiktā parauga inkubācijas laikā (2, 5, 8, 10, 20 dienas), mg O 2 / mg vielas. Piemēram, BSP 5 ir bioķīmiskais skābekļa patēriņš piecām dienām; BSP n ir kopējais skābekļa bioķīmiskais pieprasījums pirms nitrifikācijas procesu sākuma, t.i. līdz parādās nitrīti daudzumā 0,1 mg/l (apmēram 20 dienas), mg O 2 / mg vielas;
ĶSP ir ķīmiskais pieprasījums pēc skābekļa, ko nosaka ar dihromāta metodi, t.i. skābekļa daudzums, kas ir ekvivalents patērētā oksidētāja daudzumam, kas nepieciešams visu ūdenī esošo reducētāju oksidēšanai, mg Og/mg vielas.
Mikroorganismu bioķīmiskā aktivitāte ir bioķīmiskā darbība, kas saistīta ar organisko notekūdeņu piesārņotāju iznīcināšanu. Bioķīmiskās oksidēšanās iespējamību (notekūdeņu bioloģisko noārdīšanos) raksturo bioķīmiskais rādītājs, t.i. attiecība ΒΠΚ pilnīgs /ΧΠΚ. Tā vērtība dažādām notekūdeņu grupām ir ļoti atšķirīga: rūpnieciskajiem notekūdeņiem ir zems bioķīmiskais rādītājs (0,05...0,3), sadzīves notekūdeņiem - virs 0,5. Ja attiecība (BOD/ĶSP) ir 100% = 50%, vielas ir bioķīmiski oksidējamas. Tajā pašā laikā ir nepieciešams, lai notekūdeņi nesatur toksiskas vielas vai smago metālu sāļu piemaisījumus. Bioķīmiskais rādītājs ir nepieciešams notekūdeņu attīrīšanas iekārtu aprēķinam un darbībai.
Lai notekūdeņus varētu piegādāt bioķīmiskai attīrīšanai, tiek noteiktas maksimālās toksisko vielu koncentrācijas, kas neietekmē bioķīmiskās oksidēšanās procesus (MK 6) un attīrīšanas iekārtu darbību (MK b.o.s.). Neorganiskām vielām, kuras praktiski nav pakļautas bioķīmiskai oksidācijai, tiek noteiktas arī maksimālās koncentrācijas, kuras pārsniedzot ūdeni nevar pakļaut bioķīmiskai attīrīšanai.
Par optimālo temperatūru notekūdeņu attīrīšanas iekārtās notiekošajiem aerobajiem procesiem uzskata 20..30°C, savukārt biocenozi citos labvēlīgos apstākļos pārstāv visdažādākie un attīstītākie mikroorganismi. Mikroorganismi labi attīstās optimālā temperatūrā un saglabā savu dzīvotspēju, kad temperatūra svārstās ievērojamos diapazonos.
Ūdeņraža jonu koncentrācija būtiski ietekmē mikroorganismu attīstību. Ievērojama daļa baktēriju vislabāk attīstās neitrālā vidē vai tuvu tai, bet ir sugas, kas labi attīstās skābā vidē ar pH 4...6 (sēnītes, raugs) vai otrādi nedaudz sārmainā vidē. (aktinomicīti). Bioloģiskā apstrāde ir visefektīvākā, ja pH vērtība nepārsniedz 5...9, par optimālu tiek uzskatīta vide ar pH 6,5...7,5. PH novirze virs 5...9 samazina attīstības ātrumu.
Normālam šūnu vielas sintēzes procesam un līdz ar to efektīvam notekūdeņu attīrīšanas procesam vidē ir jābūt pietiekamai visu galveno barības vielu - organiskā oglekļa (BOS), slāpekļa, fosfora - koncentrācijai. Papildus šūnu sastāva pamatelementiem (C, N, O, H) tās uzbūvei ir nepieciešami arī citi komponenti nelielos daudzumos. Barības vielu pietiekamību baktērijām notekūdeņos nosaka attiecība BSP: N:P (amonija sāļu slāpeklis jeb proteīns un fosfors izšķīdušu fosfātu veidā).
Organiskām un neorganiskām vielām var būt toksiska ietekme uz bioloģiskajiem procesiem. Toksiskā iedarbība var būt mikrobostatiska, ja mikroorganismu augšana un attīstība tiek aizkavēta, vai iznīcināšana (mikrobicīds). Lielākajai daļai vielu ir tāda vai cita iedarbība atkarībā no to koncentrācijas attīrāmajā maisījumā.