Біохімічне очищення промислових стоків. Спорудження біологічної очистки стічних вод нпз

Біохімічне окислення - широко застосовується практично метод очищення виробничих стічних вод. Головним діючим початком при біохімічному очищенні є мікроорганізми, які використовують як поживні речовини та джерела енергії розчинені органічні та неорганічні сполуки. З них мікроорганізми беруть все необхідне для розмноження, збільшуючи активну біомасу.

Забруднюючі стічні води речовини при їх аеробному біохімічному очищенні окислюються активним мулом, що є біоценоз, рясно заселений мікроорганізмами. Активний мул руйнує органічні та неорганічні сполуки у спеціальних спорудах – аеротенках – в умовах аерації повітрям стічної води та мулу, що знаходиться завдяки аерації у зваженому стані. У процесі очищення мікроорганізми активного мулу, контактуючи з органічними та неорганічними речовинами стічних вод, руйнують їх за допомогою різних ферментів.

Для створення протоплазми клітин мікроорганізмів потрібні біогенні елементи: вуглець, азот, кисень, водень, фосфор, калій, залізо, магній і різні мікроелементи. Багато хто з цих елементів бактеріальна клітина може почерпнути із забруднень стічних вод коксохімічного виробництва. Відсутні елементи, найчастіше фосфор і рідше калій, доводиться додавати в стічної води, що очищається, у вигляді ортофосфорної кислоти і солі (марганцевокислий калій).

Для нормального процесу синтезу клітинної речовини, а отже, і для ефективного процесу очищення стічної води в середовищі повинна бути достатня концентрація всіх основних біогенних елементів, яка для стічних вод коксохімічного виробництва визначається співвідношенням:

БПК повний: N: Р = 100: 5: 1, (2)

де БПК - повна біологічна потреба в кисні, мг О/л;

N – концентрація азоту, мг/л;

Р – концентрація фосфору, мг/л.

Спосіб біохімічного очищення зазвичай застосовується для очищення промислових стічних вод після обробки їх фізико-хімічними методами, за допомогою яких з вод видаляються токсичні речовини, що не піддаються біологічному руйнуванню і знижується концентрація забруднень. Можливість біохімічної очистки стічних вод визначається співвідношенням БПК повного до ГПК, яке має бути менше 0,4.

До переваг методу біохімічного очищення відноситься здатність руйнувати різні класи органічних сполук, однак, ряд органічних сполук не піддаються біохімічному окисленню. Окремі органічні сполуки розпадаються, але продукти розпаду не окислюються до вуглекислого газу та води Ці продукти розпаду можуть бути навіть токсичнішими, ніж вихідні речовини. Іноді біохімічне окислення неможливе через високу концентрацію забруднень у стічній воді, що надає токсичний вплив на мікроорганізми.

Біохімічний розпад тієї чи іншої речовини залежить від низки хімічних та фізичних факторів, як, наприклад, наявності функціональних груп у молекулі, величини молекули та її структури, розчинності речовини, утворення проміжних продуктів та їх взаємодії та інших. Утворення проміжних продуктів обумовлюється також біологічними чинниками - складністю обмінних процесів у клітинах мікроорганізмів, варіабельністю штамів бактерій, впливом середовища проживання і тривалістю адаптації мікроорганізмів. Розглянемо літературні дані про зв'язок структури деяких речовин, що містяться в стічних водах коксохімічного виробництва, та їх здатність до біохімічного розпаду. Експериментально доведено, що бензол у незначній мірі окислюється мікроорганізмами, похідні його з короткою метою, наприклад, толуол, розкладаються трохи легше. Двохтомні феноли успішно окислюються адаптованим комплексом бактерій, причому пірокатехін вдвічі швидше, ніж резорцин. Найбільш важко окислюється гідрохінон. При окисленні багатоатомних фенолів утворюються пофарбовані хіноїдні сполуки. Можливість біохімічного окиснення фенолу відома вже давно. У Радянському Союзі для очищення від фенолу стічних вод коксохімічного виробництва з 1952 року використовується бактеріальний комплекс - фенолруйнівні мікроорганізми, виділені з ґрунту коксохімічного заводу Київським інститутом загальної та комунальної гігієни (Путіліною Н.Т. із співробітниками). Застосувавши цей комплекс для збагачення активного мулу, що наростає під час очищення фенольної стічної води в аеротенках, Київський інститут загальної та комунальної гігієни та Гіпрококс назвали метод очищення "мікробним". Ця умовна назва вживається і до теперішнього часу, хоча по суті це біохімічне очищення активним мулом, збагаченим фенол - і роданруйнів мікроорганізмами.

Роботами багатьох дослідників встановлено послідовність руйнування фенолу мікроорганізмами і виділено проміжні продукти, що утворюються при цьому. Біохімічне окислення фенолу йде стадійно через пірокатехін, цис-цис-муконову кислоту, лактон, - кетоадипінову кислоту, бурштинову кислоту, оцтову кислоту. Кінцевими продуктами біохімічного окиснення фенолу є вуглекислий газ та вода.

У стічних водах коксохімічного виробництва містяться роданіди. Дослідження показали, що біохімічне окислення останніх роданруйнівних мікроорганізмів йде з утворенням іонів амонію і сульфату. Ефективність біохімічного очищення залежить від низки факторів, основними з яких є: температура, реакція середовища (pH), кисневий режим, наявність біогенних елементів та токсичних речовин, рівень живлення.

Оптимальною температурою, при якій добре розвиваються фенол-і роданруйнуючі мікроорганізми, є 30-35°С. Активна життєдіяльність цих мікроорганізмів зберігається за 20-40°С. Якщо температурний режим відповідає оптимальному, то зростання культури, і навіть швидкість обмінних процесів у клітині помітно нижче розрахункових значень. Найбільш несприятливий впливом геть розвиток культури надає різке зміна температури. При аеробному очищенні негативний вплив підвищеної температури посилюється ще внаслідок відповідного зменшення розчинності кисню.

Концентрація водневих іонів (рн) істотно впливає на розвиток мікроорганізмів. Фенол - і роданруйнуючі мікроорганізми найкраще розвиваються серед з pH 6,5-8,0. Відхилення pH за межі 6 - 9 спричиняє зменшення швидкості окислення внаслідок уповільнення обмінних процесів у клітині, порушення проникності її цитоплазматичної мембрани та ін., що призводить до погіршення біохімічного очищення. При pH нижче 5 та вище 10 відбувається загибель мікроорганізмів. Якщо значення температури і pH виходять за межі оптимальних і особливо допустимих величин, необхідно коригувати ці параметри в стічних водах, що надходять на біохімічне очищення. У фенольних стічних водах коксохімічного виробництва міститься значна кількість аміаку та солей амонію; незначна кількість амонійного азоту споживається в процесі життєдіяльності фенол- та роданруйнуючих мікробів, але одночасно при окисленні роданідів з азоту роданід-іонів утворюється додаткова кількість амонійного азоту. За існуючими нормами скидання стічних вод у міську каналізацію для доочищення на міських очисних спорудах вміст амонійного азоту в очищених фенольних водах на 2 і більше порядків вищий за допустимий.

Повне біохімічне очищення стічних вод від амонійного азоту включає дві стадії: нітрифікацію - окислення амонійного азоту під дією бактерій нітрифікуючих в присутності кисню повітря спочатку до нітритів, а потім до нітратів; денітрифікацію - відновлення нітритів та нітратів під дією комплексу денітрифікуючих бактерій у присутності необхідної кількості органічних сполук. Процес нітрифікації успішно протікає за pH 7-9; при окисленні амонійного азоту до нітритів відбувається утворення кислоти (з двох молей азоту за реакцією утворюється чотири моля водневого іону), яку необхідно нейтралізувати для нормального перебігу процесу нітрифікації. При денітрифікації відбувається утворення гідроксильного іону (за реакцією при відновленні двох молів нітратів до атомарного азоту виділяється два гідроксильні іони ОН-), тобто деяка компенсація втраченої при нітрифікації лужності води. Тому для зменшення витрати лужних агентів на стадії нітрифікації необхідно організувати процес очищення таким чином, щоб максимально використовувати лужність, що утворюється на стадії денітрифікації. При денітрифікації можна виключити подачу кисню повітря або залишити її в незначній кількості, оскільки денітрифікуючі бактерії використовують кисень, пов'язаний з нітритами та нітратами. За даними ВУХІН при денітрифікації вміст кисню у воді не повинен перевищувати 0,1 мг/л.

Як органічне харчування на стадії денітрифікації запропонований ряд легкоокислюваних органічних сполук, а також надлишковий активний мул або частина неочищеної фенольної води. У процесі споживання мікроорганізмами поживних речовин, що містяться в стічних водах, в мікробній клітині протікають два взаємопов'язані і одночасно процеси, що відбуваються - синтез протоплазми і окислення органічних речовин. У процесі окислення клітини споживають кисень, розчинений у стічній воді. В аеробних біологічних системах подача повітря (а також чистого кисню або повітря, збагаченого киснем) має забезпечувати постійну наявність у воді розчиненого кисню не нижче 2 мг/л. Система аерації забезпечує також перемішування води та постійне підтримування мулу у зваженому стані. У технічній літературі за міру рівня харчування приймають величину звуження навантаження за забрудненням у розрахунку на 1 м3 очисної споруди, або на 1 г сухої біомаси, або на 1 г беззольної частини біомаси. У практиці оцінки очисних споруд коксохімічних підприємств оперує, в основному, величиною добового навантаження по окремих забрудненнях і ГПК на 1 м 3 аеротенку, яку прийнято називати окислювальною потужністю споруди. Зазвичай цю величину виражають у кілограмах кисню на 1 м 3 на добу (кг О/м 3 на добу).

Токсичною дією на біохімічне окислення можуть мати як органічні, так і неорганічні сполуки, а також метали. Внаслідок токсичної дії речовин затримується зростання та розвиток мікроорганізмів або вони гинуть. У стічних водах коксохімічного підприємства міститься велика кількість речовин, які гальмують розвиток мікроорганізмів, а деякі можуть призвести до їхньої загибелі.

Негативний вплив на процес біохімічної очистки стічних вод надає підвищена мінералізація стоку. Верхньою межею мінералізації виробничих стічних вод, що надходять в аеротенки, вважається вміст солей у кількості 10 г/л. Різкі коливання в мірі мінералізації несприятливо відбиваються як очищеного стоку. Осмотичний шок, що викликається мінеральними солями, призводить до виділення органічної речовини з клітин мулу, що веде до порушення окисних процесів. Низькі гідравлічні навантаження та високі концентрації активного мулу роблять менш помітним вплив підвищених концентрацій солей на ефективність роботи аеротенків. Найважливішими факторами формування біоценозу мулів біохімічних установок є склад стічних вод, що очищаються, і величина навантаження на мул. Дія інших факторів – температури, перемішування, концентрації розчиненого кисню – практично не змінює якісного складу мулів, але впливає на кількісне співвідношення різних груп мікроорганізмів. Основними факторами, що впливають на тривалість процесу біохімічного очищення, є концентрація забруднень, необхідний ступінь очищення, хімічна природа забруднення і концентрація активного мулу.

Для проектування біохімічних установок коксохімічних підприємств зазвичай приймається наступний склад стічних вод, що надходять в аеротенки (мг/л): феноли 400, роданіди 400, ціаніди 20, загальні олії 35, аміак леткий до 250, аміак загальний 300. води по основним забрудненням під час проектування сучасних біохімічних установок (в мг/л): феноли 0.5 - 2; роданіди 1-3; ціаніди до 5, загальні олії 10-20, ГПК 300-500. Загальна забрудненість стічних вод до і після очищення досить повно характеризується величиною ГПК, що аналітично визначається (хімічної потреби в кисні для окислення). Для біохімічного окислення речовин узагальнюючим показником зазвичай є величина БПК (біологічної потреби в кисні), яка визначається експериментально при біохімічному окисленні речовин протягом 5-ти діб - БПК 5, 20-ти діб - БПК 20 або БПК повн.). У фенольних стоках коксохімічного виробництва більшість забруднень біохімічно важко окислюється, тому цих вод найбільш показова величина ГПК. Певне уявлення про деякі речовини в стічних водах коксохім виробництва дають літературні дані про питомі значення ГПК окремих речовин (мг О/мг речовини), а також про співвідношення БПК і ГПК - чим воно нижче, тим легше відбувається біохімічне окислення речовини.

Таблиця 4. ГПК та співвідношення БПК та ГПК у стічних водах коксохімічного виробництва

Підвищуючи дозу активного мулу в аеротенках, слід мати на увазі, що за високої концентрації біомаси (у практиці можна підтримувати 5-6 г/л) не зберігається пряма пропорція між концентрацією мулу та швидкістю окислення забруднень. Швидкість біохімічного окислення зменшується у разі підвищення початкової дози мулу через погіршення живлення окремих клітин. Стічні води різних підприємств можуть сильно відрізнятися за змістом окремих забруднень, отже, необхідно експериментально визначати оптимальну концентрацію активного мулу кожної біохімічної установки.

При двоступінчастому очищенні стічних вод на першому ступені (знефенолуванні) активний мул (точніше - біомаса) зазвичай дрібнодисперсний, що погано відстоюється, тому для підтримки необхідної концентрації біомаси в аеротенці в них здійснюється повернення очищеної води (до 50% і більше) зі збірки знесфенолених вод.

На другому ступені очищення (знероднення) утворюються добре осідають пластівці активного мулу (за рахунок збагачення біомаси найпростішими мікроорганізмами, які є індикатором досить глибокого очищення). Повернення згущеного активного мулу з вторинних відстійників технічно має бути організоване таким чином, щоб не руйнувати пластівці активного мулу (тому переважно повернення проводити за допомогою ерліфтного, а не відцентрового насоса). Доцільно перед подачею повернення мулу в аеротенок направляти через спеціальну ємність з аерацією стисненим повітрям (регенератор мулу). Підвищення концентрації активної біомаси в аеротенках можна здійснювати переобладнанням їх у біотенки, тобто заповненням частини об'єму аеротенка нерухомо закріпленим пористим матеріалом (на якому наростає і закріплюється біоплівка), або використанням плаваючим в об'ємі аеротенка твердим сорбентом (біосорбційна).

Різкі коливання концентрації забруднень, що надходять зі стічною водою, призводять до порушення біохімічного очищення. Щоб компенсувати ці коливання, біохімічні установки обладнуються посередниками. Стабілізувати, а також підвищити глибину очищення стічних вод дозволяє переобладнання усереднювачів у передаеротенки: в усреднители подається очищена стічна вода з активним мулом у кількості 10 - 20 % від фенольної води, що надходить, і дещо збільшується кількість подається для перемішування води в усреднителе стисненого повітря - 3/м 3 стічної води, що надходить. Невелике розведення вихідної води, що відбувається в передаеротенці, очищеною водою також сприятливо впливає на подальше біохімічне очищення. Досвід експлуатації показав, що в передаеротенці окислюється 25-30% фенолів, що поступають, істотно зменшується негативний вплив залпових скидів на життєдіяльність активного мулу в аеротенках.

Ефективність біохімічної очистки багато в чому визначається конструкцією аераційних систем. На вітчизняних біохімічних установках випробувано різні аераційні системи: пневматична, пневмомеханічна, механічна. Вибір аераційної системи повинен ґрунтуватися на порівнянні їх ефективності, продуктивності за киснем, ступенем використання кисню повітря, а також оцінці експлуатаційних переваг і недоліків. Крім того, для забезпечення досить повного біохімічного очищення аераційна система повинна забезпечувати також хороше перемішування порівняно великих кількостей активного мулу, а при значному обсязі аераційних споруд не викликати переохолодження стічної води (це особливо значуще при окисленні роданідів).

Пневматична аерація через перфоровані металеві чи пластмасові труби (середньопухирчаста система аерації) дає дуже низький коефіцієнт використання кисню повітря - близько 2%; крім того, підтримання активного мулу у зваженому стані недостатньо задовільний. Досить високі окисні здібності (тобто кількість кисню, що вноситься в одиницю часу) та ступінь використання кисню повітря відзначені при застосуванні пневмомеханічної системи аерації. Однак складність експлуатації цих систем (пов'язана, зокрема, з важкими умовами роботи електродвигунів і редукторів у водах і хімзабруднень над аеротенком) була основною причиною того, що вони не отримали поширення. Крім того, застосування механічного поверхневого аератора викликає суттєве зниження температури води, що очищається, що неприпустимо в зимовий час, особливо на заводах України. Сучасні біохімічні установки на коксохімічних заводах – досить потужні споруди. З урахуванням кліматичних умов, експлуатаційних витрат на обслуговування та ремонт, можливостей управління процесом біохімічного очищення найбільш доцільно споруджувати центральну повітродувну станцію, а як аераційну систему використовувати ерліфтні аератори, які одночасно забезпечують хороше перемішування рідини в аеротенці. Перші випробування ерліфтної системи аерації, проведені у 70-х роках Несмашним на Криворізькому коксохімічному заводі, показали безумовні переваги цієї системи аерації. У наступні роки завдяки систематичним дослідженням та розробкам, проведеним у ВУХІНІ (В.Г. Плаксіним, В.М. Кагасовим, А.В. Говорковим, А.В. Путіловим, І.В. Піменовим та ін.) була створена оптимальна система ерліфтної аерації, яка забезпечує ефективну аерацію при високих навантаженнях по стічній воді та повітрі, інтенсивне перемішування рідини та необхідні придонні швидкості рідини в ємностях великого об'єму. Ступінь використання кисню повітря б залежно від навантаження повітрям на аератор і рівня рідини в ємності становить 10-25%. Основні технічні характеристики системи для варіанта встановлення в аеротенці об'ємом 400 м3 і рівні рідини 4 м: витрата повітря 2000 (і більше) м 3 /год, кількість аераторів 45-70, діаметр аераторів 0,5 - 0,3 м, висота аератора 1 -2 м, наведена швидкість рідини в аераторі 1,5 - 2,5 м/с, придонні швидкості рідини більше 0.3 м/с, кратність циркуляції не менше 50 l/год, коефіцієнт використання кисню 20-25%, кількість кисню, що вноситься 120 -150 кг/год, ефективність аерації 2. 35 - 2.95 кг кисню/кВт. год, перепад тиску на газорозподільному пристрої 1000-1500 Па, розміри бульбашок трохи більше 6 мм. На більшості біохімічних установок, що діють, найбільш поширена в даний час ерліфтна система аерації з коефіцієнтом використання кисню 12%. Практичний досвід роботи показав, що висота аератора повинна бути на 0,3 м нижче за рівень води в аеротенці, щоб запобігти утворенню хвилі.

При експлуатації аеротенків у них спостерігається утворення великої кількості піни. Причиною утворення стійких пін є присутність у стічних водах поверхнево-активних речовин та стабілізаторів піни: тонкодисперсних порошків коксу, пеку; рідких полімерів; компонентів кам'яновугільної смоли, що входять у нерозчинні в толуолі речовини. Стабілізатором піни є також дрібнодисперсний активний мул. У міру укрупнення активного мулу його стабілізуючий вплив на піну знижується. Гідравлічний спосіб гасіння піни малоефективний для аеротенків з великою поверхнею, так як важко забезпечити розподіл води рівномірно по всій поверхні, до того ж велика кількість води, що подається для гасіння піни, порушує нормальний процес очищення. Найбільш ефективно використовувати аеротенки з перекриттям і підзвідним простором заввишки до 2 м: при цьому пенс руйнується стічною водою, що надходить, і очищеною водою, що повертається з вторинного відстійника. Практика показала, що висота шару піни вбирається у 1,5 - 2м. Наявність перекриття аеротенку дозволяє здійснити організований викид відпрацьованого повітря та реалізувати заходи щодо очищення його від шкідливих викидів в атмосферу. Інженерне оформлення схеми біохімічного очищення принципово змінилося за два останні десятиліття: подача води в аеротенки проводиться насосами, а не самопливом, це полегшує регулювання гідравлічних навантажень, контроль витрат, дозволяє в процесі експлуатації змінювати напрямок потоків з найменшими витратами; з'явилися і добре зарекомендували себе металеві аеротенки в надземному виконанні (це зокрема виключає забруднення навколишньої території за рахунок нещільностей споруд, характерних при спорудженні аеротенків зі збірного залізобетону).

При проектуванні біохімічних установок прийняті такі основні розрахункові залежності (їх необхідно також використовувати в процесі експлуатації при аналізі роботи установки): Об'єм аеротенків 1-го та 2-го ступенів (V) визначається на основі окисної потужності по фенолам і роданідам відповідно (м 3 )

1 і 2 - концентрації окислюваної речовини відповідно до і після очищення, мг/л;

ОМ - окислювальна потужність аеротенку (в кг речовини, що окислюється на 1 м 3 аеротенку на добу).

Окислювальна потужність залежить від вихідної концентрації речовини, складу стічних вод, ефективності аерації та інших факторів; визначається експериментально. Для стічних фенольних вод коксохімічних підприємств окислювальна потужність фенолів знаходиться в межах 0,6-1,2; для роданідів 0,6 – 0,4 (тобто у 2 – 3 рази нижче, ніж для фенолів).

Витрата повітря в аеротенки (Q в) розраховується за формулою (в нм 3 /год):

де: L – кількість стічної води, м 3 /год;

ГПК 1 і ГПК 2 - окислюваність стічної води відповідно до та після очищення (мг О/л води);

К 1 - коефіцієнт запасу (зазвичай приймають 1,2 - 1,25);

0,21 - об'ємна частка кисню у повітрі;

0,8 - коефіцієнт використання розчиненого кисню для окиснення забруднень;

1,429 - щільність кисню за нормальних умов (кг/нм 3);

q - коефіцієнт використання кисню повітря даної системи аерації (%).

Методи очищення стічних вод та екологічно чисті технології водовідведення (Документ)

Соколов М.П. Очищення стічних вод. Навчальний посібник (Документ)

Методи очищення стічних вод

Круппо М.В. Визначення необхідного ступеня очищення стічних вод

Біологічні методи очищення стічних вод.

Шпаргалки - Відповіді до іспиту з техніки захисту довкілля. Очищення стічних вод. Утилізація опадів стічних вод (Шпаргалка)

Шифрін С.М., Іванов Г.В., Мішуков Б.Г., Феофанов Ю.А. Очищення стічних вод підприємств м'ясної та молочної промисловості (Документ)

n1.doc

1. Біохімічні методи очищення стічних вод. Сутність методу.
2. Закономірності розпаду органічних речовин	5
3. Вплив різних факторів на процес біохімічного очищення
4. Класифікація біохімічних методів	8
4.1. Аеробні методи очищення	9
4.2. Анаеробні методи очищення	15
Список літератури	17

1. Біохімічні методи очищення стічних вод. Сутність методу.

Біологічне окислення – широко застосовуваний практично метод очищення стічних вод, що дозволяє видалити їх багато органічні і деякі неорганічні (сірководень, сульфіди, аміак, нітрити та інших.) речовини. Біохімічне очищення стічних вод засноване на здатності мікроорганізмів використовувати розчинені та колоїдні органічні забруднення як джерело живлення у процесах своєї життєдіяльності. Біологічним шляхом обробляються, зазнаючи часткової чи повної деструкції, багато видів органічних забруднень міських та виробничих стічних вод. Контактируя з органічними речовинами, мікроорганізми частково руйнують їх, перетворюючи на воду, діоксид вуглецю, нітрит-і сульфат-іони та інших. Інша частина речовини йде освіту біомаси. Деякі органічні речовини здатні легко окислюватися, а деякі не окислюються зовсім чи дуже повільно.

Широке використання біохімічного методу обумовлено його перевагами: можливістю видаляти зі стічних вод різноманітні органічні та деякі неорганічні сполуки, що знаходяться у воді у розчиненому, колоїдному та нерозчиненому стані, у тому числі токсичні; простотою апаратурного оформлення відносно невисокими експлуатаційними витратами, глибиною очищення. До недоліків слід віднести високі капітальні витрати, необхідність суворого дотримання режиму очищення, токсична дія на мікроорганізми ряду органічних та неорганічних сполук, необхідність розведення стічних вод у разі високої концентрації домішок.

Для визначення можливості подачі промислових стічних вод на біохімічні очисні споруди встановлюють максимальні концентрації токсичних речовин, які не впливають на процеси біохімічного окиснення (МК б) та на роботу очисних споруд (МК бос). За відсутності таких даних можливість біохімічного окиснення встановлюється за біохімічним показником БПК/ХПК. Для побутових стічних вод це ставлення становить приблизно 0,86, а виробничих змінюється у дуже широких межах: від 0 до 0,9. Стічні води з низьким ставленням БПК п/ГПК, зазвичай, містять токсичні домішки, попереднє вилучення яких може підвищити це, тобто. забезпечити можливість біохімічного окиснення. Тому стічні води не повинні містити отруйних речовин та домішок солей важких металів. Біохімічне очищення вважають повним, якщо БПК п очищеної води становить менше 20 мг/л і неповним, якщо БПК п > 20 мг/л. Таке визначення умовне, тому що навіть при повному біохімічному очищенні відбувається лише часткове звільнення води від суми домішок, що знаходяться в ній.

Біологічне окислення здійснюється спільнотою мікроорганізмів (біоценозом), що включає безліч різних бактерій, найпростіших, а також водоростей, грибів і т.д., пов'язаних між собою в єдиний комплекс складними взаємовідносинами (метабіозу, симбіозу та антагонізму). Чільну роль у цьому співтоваристві належить бактеріям, кількість яких варіюється від 10 6 до 10 14 клітин на 1 г сухої біомаси. У процесі біохімічного окислення за аеробних умов співтовариство мікроорганізмів зветься активного мулу або біоплівки. Активний мул складається з живих мікроорганізмів і твердого субстрату і на вигляд нагадує пластівці коагулянту з кольором від біло-коричневого до темно-коричневого. Скупчення бактерій в активному мулі оточені слизовим шаром (капсулами) і називаються зооглеями. Вони сприяють поліпшенню структури мулу, його осадженню та ущільненню.

Активний мул являє собою амфотерний колоїд, що має в інтервалі значень рН=4-9 негативний заряд, і має велику адсорбційну здатність за рахунок розвиненої сумарної поверхні бактеріальних клітин. Адсорбційна здатність активного мулу з часом знижується через насичення забруднення стічної води. Процес відновлення відбувається за рахунок життєдіяльності мікроорганізмів, що заселяють активний мул, і називається регенерацією. Незважаючи на істотні відмінності стічних вод, що очищаються, елементарний хімічний склад активних мулів досить близький, хоча і неідентичний. Ця схожість є результатом спільності його основи - бактеріальних клітин. До складу клітин входять Н, N, S, С, Про, Р, зола, білок, а також різні мікроелементи - В, V, Fe, Co, Мn, Мо, Сu та ін Н, N, С і Про утворюють групу органогенних речовин, ці елементи входять до бактеріальних клітин у вигляді води, білків, жирів та вуглеводів; 80-85% ваги бактерій становить вода.

Суха речовина активного мулу являє собою комплекс мінеральних (10-30%) та органічних (70-90%) речовин. Основну масу органічних сполук становлять білки. До складу зольних частин клітин входять мікроелементи - Са, К, Mg, S, Мn, Сu, Na, Fe, Zn та ін. Крім того, для побудови бактеріальної клітини необхідні біогенні елементи - фосфор, азот, калій. Якість мулу визначається швидкістю його осадження та ступенем очищення води. Стан мулу характеризує муловий індекс, що являє собою відношення об'єму частини активного мулу, що осаджується, до маси висушеного осаду (у грамах) після відстоювання протягом 30 хвилин. Чим більший муловий індекс, тим гірше осідає мул.

2.Закономірності розпаду органічних речовин

Механізм вилучення речовин із стічних вод та їх споживання мікроорганізмами дуже складний. Загалом цей процес може бути умовно поділений на три стадії:

1) масопередача речовини з рідини до поверхні клітини, за рахунок молекулярної та конвективної дифузії;

2) дифузія речовини через напівпроникну мембрану поверхні клітини, що виникає внаслідок різниці концентрацій речовини в клітині та поза нею;

3) процес перетворення речовини (метаболізм), що протікає всередині клітини, з виділенням енергії та синтезом нової клітинної речовини.

Швидкість протікання першої стадії визначається законами дифузії та гідродинамічними умовами у спорудженні біохімічного очищення. Турбулентність потоку викликає розпад пластівців активного мулу на дрібні колонії мікробів і призводить до швидкого оновлення поверхні поділу між мікроорганізмами та середовищем.

Процес перенесення речовини через напівпроникні мембрани клітин може бути здійснений двома шляхами: розчиненням дифузної речовини в матеріалі мембрани, завдяки чому вона проходить всередину клітини або приєднанням проникаючої речовини до специфічного білка-переносника, розчиненням утворюється комплексу і дифузією його всередину клітини, де комплекс розпадається -переносник вивільняється скоєння нового циклу.

Основну роль в очищенні стічних вод відіграють процеси перетворення речовини всередині клітин мікроорганізмів, внаслідок чого відбувається окислення речовини з виділенням енергії (катаболічні перетворення) та синтез нових білкових речовин, що протікає із витратою енергії (анаболічні перетворення).

Швидкість хімічних перетворень та їх послідовність визначають ферменти, що виконують роль каталізаторів і є складними білковими сполуками з молекулярною масою до сотень тисяч і мільйонів. Їхня активність залежить від температури, рН та присутності в стічній воді різних речовин.

Сумарні реакції біохімічного окиснення в аеробних умовах можна подати у такому вигляді:

Окислення органічної речовини

C x H y Oz (х + 0,25у - 0,5z)O2? хС0 2 + 0,5уН 2 Про +? Н;

Синтез бактеріальних клітин

C x H y O z + nNH 3 + n(x + 0,25у - 0,5z - 5) 0 2? n(C 5 H 7 N0 2) + n(x-5)C0 2 + 0,5n(y-4)H 2 O -?

Окислення клітинного матеріалу

N(C 5 H 7 N0 2) + 5n0 2? 5nC0 2 + 2nH 2 0 + nNH 3 +?

Хімічні перетворення є джерелом необхідної мікроорганізмів енергії. Живі організми здатні використовувати лише пов'язану хімічну енергію. Універсальним переносником енергії у клітині є аденозинтрифосфорна кислота (АТФ).

Мікроорганізми здатні окислювати багато органічних речовин, але для цього потрібен різний час адаптації. Легко окислюються багато спиртів, гліколі, бензойна кислота, ацетон, гліцерин, складні ефіри та ін. Погано окислюються нітросполуки, деякі ПАР і хлорпохідні органічні сполуки.

У процесі аеробного окиснення споживається кисень, розчинений у стічній воді. Для насичення стічної води киснем проводять процес аерації, розбиваючи повітряний потік на бульбашки, які по можливості рівномірно розподіляються в стічній воді. З бульбашок повітря кисень абсорбується водою, а потім переноситься до мікроорганізмів. Цей процес відбувається у два етапи. На першому йде перенесення кисню з повітряних бульбашок в основну масу рідини, на другому - перенесення абсорбованого кисню з основної маси рідини до клітин мікроорганізмів, в основному під дією турбулентних пульсацій.

Найбільш надійний спосіб збільшення подачі кисню в стічні води - підвищення інтенсивності дроблення газового потоку, тобто. зменшення розмірів газових бульбашок. Швидкість споживання кисню залежить від багатьох взаємопов'язаних факторів: величини біомаси, швидкості росту та фізіологічної активності мікроорганізмів, виду та концентрації поживних речовин, накопичення токсичних продуктів обміну, кількості та природи біогенних елементів, вмісту кисню у воді.
3. Вплив різних факторів на процес біохімічного очищення

Ефективність біологічного очищення залежить від цілого ряду факторів, одні з яких піддаються зміні і регулюванню в широких діапазонах, регулювання інших, таких, як наприклад, склад стічних вод, що надходять на очищення, практично виключено. До основних факторів, що визначають пропускну здатність системи та ступінь очищення стічної води, відносяться: наявність кисню у воді, рівномірність надходження стічної води та концентрація в ній домішок, температура, рН середовища, перемішування, присутність токсичних домішок та біогенних елементів, концентрація біомаси та ін.

Найбільш сприятливі умови очищення полягають у наступному. Концентрація в стічних водах, що очищаються, біохімічно окислюваних речовин не повинна перевищувати допустиму величину МК б або МК бос, яка встановлюється зазвичай дослідним шляхом. Стічні води з більш високою концентрацією необхідно розбавляти. ГДК речовин під час вступу на споруди біологічного очищення наведено у довідковій літературі.

Постачання споруд біохімічного очищення киснем повітря повинно бути безперервним і в такій кількості, щоб у очищеній стічній воді, що виходить із вторинного відстійника, його було не менше 2 мг/л. Швидкість розчинення кисню у воді не повинна бути нижчою за швидкість його споживання мікроорганізмами. У початковий період окиснення швидкість споживання кисню може у десятки разів перевищувати її наприкінці процесу, вона залежить від характеру забруднення води та пропорційна кількості біомаси.

Оптимальною температурою для аеробних процесів, що відбуваються в очисних спорудах, вважається 20-30 ° С, хоча температурний оптимум бактерій різних груп варіюється в широких межах, від -8 до +85 °С. Підвищення температури межі фізіологічної норми мікроорганізмів призводить до їх загибелі, а зниження лише знижує активність мікроорганізмів. З підвищенням температури зменшується розчинність кисню у воді, тому в теплу пору року треба проводити більш інтенсивну аерацію, а в зимову – підтримувати більш високу концентрацію мікроорганізмів у циркулюючому мулі та збільшувати тривалість аерації.

Оптимальною реакцією середовища для значної частини бактерій є нейтральна або близька до неї, хоча є види, що добре розвиваються в кислому (гриби, дріжджі) або слаболужному середовищі (актиноміцети).

Для нормального процесу синтезу клітинної речовини, а отже, і для ефективного процесу очищення стічних вод має бути достатня концентрація всіх елементів живлення – органічного вуглецю (БПК), азоту, фосфору.

Крім основних елементів клітини (З, Про, N, Н) на її побудови необхідні у незначних кількостях та інші компоненти - мікроелементи (Mn, Cu, Zn, Mo, Mg, Co та інших.). Зміст зазначених елементів у природних водах, у тому числі утворюються стічні води, зазвичай досить біохімічного окислення. Недолік азоту гальмує окислення органічних забруднень і призводить до утворення важко осідає мулу. Недолік фосфору ініціює розвиток нитчастих бактерій, що є основною причиною спухання активного мулу, поганого осідання та винесення його з очисних споруд, уповільнення росту мулу та зниження інтенсивності окислення. Біогенні елементи найкраще засвоюються у формі сполук, в якій вони знаходяться в мікробних клітинах: азот - у формі NH 4 а фосфор - у вигляді солей у фосфорних кислотах. При нестачі азоту, фосфору, калію в стічні води вносять різні азотні, калійні і фосфорні добрива. Ці елементи містяться в побутових стічних водах, тому багато хімічних речовин можуть надавати на мікроорганізми токсичну дію, що порушує їх життєдіяльність. Такі речовини, потрапляючи в бактеріальну клітину, взаємодіють з її компонентами і порушують їх функції, серед них: S в, Ag, Cu, Co, Hg, Рв та ін. 150 мг/л для аеротенків.

Інтенсивність і ефективність очищення стічних вод залежать лише від умов проживання мікроорганізмів, а й від кількості, тобто. дози активного мулу, що підтримується в аеротенках зазвичай дорівнює 2-4 г/л. Підвищення концентрації мікроорганізмів у стічній воді дозволяє прискорити процес біологічного очищення, але при цьому одночасно необхідно збільшувати кількість розчиненого у воді кисню, що обмежено станом насичення, та покращувати умови масообміну. При біологічному очищенні необхідно застосовувати "молодий" активний мул з віком 2-3 діб. Він не спухає, витриваліший до коливань температури, рН середовища, дрібні пластівці його краще осідають. Важливою умовою поліпшення біологічної очистки та зменшення обсягу очисних споруд є регенерація активного мулу, що полягає в його аерації за відсутності живильного субстрату.

Для створення найбільш сприятливих умов масопередачі поживних речовин та кисню до поверхні мікробних клітин необхідно перемішування стічної води та активного мулу. При цьому турбулізація рідини призводить до руйнування пластівців активного мулу, оновлення їх поверхні, кращого постачання клітин поживними речовинами і киснем, створює більш сприятливі умови проживання мікроорганізмів.
4. Класифікація біохімічних методів

Відомі аеробні та анаеробні методи біохімічного очищення. Аеробні методи засновані на використанні аеробних груп мікроорганізмів, для життєдіяльності яких необхідний постійний приплив кисню та температура 20-40 °С. При зміні температурного та кисневого режимів склад та кількість мікроорганізмів змінюється, вони культивуються в активному мулі або біоплівці. Анаеробні методи протікають без доступу кисню, їх використовують головним чином обробки опадів. Усю сукупність споруд біологічної очистки можна розділити на три групи за ознакою розташування в них активної біомаси:

1) активна біомаса закріплена на нерухомому матеріалі, а стічна вода тонким шаром ковзає за завантаженням - біофільтри;

2) активна біомаса знаходиться у воді у вільному (зваженому) стані – аеротенки, циркуляційні окисні канали, окситенки;

3) поєднання обох варіантів розташування біомаси - занурювальні біофільтри, біотенки, аеротенки із заповнювачами.

Біологічна очистка може також здійснюватися в природних умовах на спорудах ґрунтового очищення та в біологічних ставках.
4.1. Аеробні методи очищення.

Очищення на полях зрошення, полях фільтрації та біологічних ставках - відрізняють порівняно низькі будівельні та експлуатаційні витрати, буферна здатність при залпових скиданнях стічних вод, коливаннях рН, температури, достатній рівень вилучення з води біогенних елементів. До недоліків відноситься сезонність роботи, низька швидкість окислення забруднень. Поля зрошення та поля фільтрації відносяться до ґрунтових методів очищення.

Поля зрошенняє сільськогосподарськими угіддями, спеціально призначеними для очищення стічних вод та одночасного вирощування рослин. На полях фільтрації очищення проводиться без участі рослин. Очищення стічних вод на полях зрошення засноване на вплив грунтової мікрофлори, кисню повітря, сонця та життєдіяльності рослин. В очищенні стічних вод в тій чи іншій мірі бере участь активний шар ґрунту товщиною 1,5-2 м. Мінералізація органічної речовини відбувається в основному верхньому півметровому шарі ґрунту. При цьому підвищується родючість ґрунту, що пов'язано зі збагаченням ґрунту нітратами, фосфором та калієм. Однак загальний сольовий склад стоків не повинен перевищувати 4-6 г/л для запобігання засоленню ґрунту. Стічні води подаються на зрошення періодично з інтервалом 5 днів. У зимовий період для місцевостей з холодною зимою на них проводиться наморожування стічних вод. Для збору стічної води, що використовується на полях зрошення, служать ставки-накопичувачі місткістю, що дорівнює шестимісячному накопиченню в них води.

Біологічні ставки- штучно створені або природні водоймища, в яких очищення стічних вод відбувається під впливом природних процесів самоочищення. Вони можуть застосовуватися як для самостійного очищення, так і для глибокого доочищення стічних вод, що пройшли біологічне очищення. Є неглибокими водоймами (0,5-1 м), добре прогріваються сонцем і заселені водними організмами.

У процесах, які у біопрудах, спостерігається повний природний цикл руйнації органічних забруднень. Вплив працювати ставків різних чинників може створювати у яких як аеробні, і аеробно-анаеробні умови. Ставки, що працюють у аеробних умовах, називаються аэрируемыми, а ставки з змінними умовами - факультативними.

Аеробні умови в ставках можуть підтримуватись або за рахунок природного надходження кисню з атмосфери та фотосинтезу, або за рахунок примусової подачі повітря у воду. Тому розрізняють ставки з природною та штучною аерацією. Час перебування води у ставках із природною аерацією становить від 7 до 60 діб. Разом із стічними водами із вторинних відстійників виноситься активний мул, який є посівним матеріалом. Ефективність очищення в ставках визначається часом року, у холодний період вона різко знижується.

Ставки зі штучною аерацією мають значно менший об'єм і необхідний ступінь очищення в них досягається за 1-3 доби.

Біофільтри - Штучні споруди біологічної очистки - являють собою круглі або прямокутні в плані споруди з цегли або залізобетону, завантажені матеріалом, що фільтрує, на поверхні якого розвивається біоплівка. Стічна вода фільтрується через шар завантаження, покритої плівкою з мікроорганізмів, за рахунок життєдіяльності яких здійснюється очищення. Відпрацьована (омертвіла) біоплівка змивається стічної водою, що протікає, і виноситься з біофільтра.

За типом завантажувального матеріалу біофільтри поділяються на дві категорії: з об'ємним (зернистим) і плоским завантаженням. Як зернисте завантаження використовують щебінь, гравій, гальку, шлак, керамзит, керамічні та пластмасові кільця, куби, кулі, циліндри тощо. Плоске завантаження - це металеві, тканинні та пластмасові сітки, грати, блоки, гофровані листи, плівки тощо, нерідко згорнуті в рулони.

Біофільтри з об'ємним завантаженням поділяються на крапельні, високонавантажувані, баштові. Крапельні біофільтри найбільш прості за конструкцією, завантажуються матеріалом дрібних фракцій висотою 1-2 м і мають продуктивність до 1000 м 3 /добу, на них досягається високий ступінь очищення. У високонавантажуваних фільтрах застосовується більший розмір шматків завантаження, а її висота становить 2-4 м. Висота завантаження в баштових фільтрах досягає 8-16 м. Два останні види фільтрів застосовуються при витратах стічних вод до 50 тис.м 3 /сут як для повної, так і неповного біологічного очищення.

Біологічні фільтри з плоским завантаженням мають значно більшу окислювальну здатність, ніж фільтри з об'ємним завантаженням. Окислювальна здатність - це швидкість розчинення кисню в процесі аерації повністю знекисненої води при атмосферному тиску і температурі 20 ° С (г О 2 /год)); до неї близьке поняття окислювальної потужності - швидкості реакцій окислення забруднень (р 2 /(м 3 год)).

Проміжне положення між аеротенками та біофільтрами займають занурювальні біофільтри та біотенки-біофільтри.

Занурювальні (дискові) біофільтри являють собою резервуар, в якому є вал, що обертається, з насадженими на нього дисками, що поперемінно контактують зі стічною водою і повітрям. Розмір дисків 0,5-3 м, відстань між ними 10-20 мм, вони можуть бути металевими, пластмасовими та азбестоцементними, кількість дисків на валу від 20 до 200 . Біотенк-біофільтр є корпусом, в якому укладені лоткові елементи завантаження, розташовані в шаховому порядку. Ці елементи зрошуються зверху водою, яка, наповнюючи їх, стікає через краї вниз. На зовнішніх поверхнях елементів утворюється біоплівка, усередині – біомаса, що нагадує активний мул. Конструкція забезпечує високу продуктивність та ефективність очищення.

За принципом надходження повітря в товщу завантаження, що аерується, біофільтри можуть бути з природною і примусовою аерацією.

У пусковий період біологічних фільтрів на шматках завантаження вирощується біологічна плівка. Основним агентом цієї плівки є мікробне населення. Мікроорганізми біоплівки використовують органічні домішки стічних вод як джерела живлення та дихання, при цьому маса біоплівки збільшується. У міру збільшення товщини плівки відбувається її відмирання і змив стічної водою, що протікає. Очищена в біофільтрі вода разом із частинками відмерлої біоплівки надходить у вторинний відстійник. Рециркуляцію біологічно активного матеріалу зазвичай не передбачають, що обумовлено високою здатністю утримувати споруди маси біоплівки.

При надходженні стічних вод з БПКп > 300 мг/л, щоб уникнути частого замулювання поверхні біофільтра передбачається рециркуляція - повернення частини очищеної води для розведення вихідної стічної води. Рециркуляція очищеної води збільшує вміст розчиненого кисню в суміші, підтримується рівномірніше гідравлічне навантаження, вирівнюється концентрація біоплівки по висоті споруди. Однак при цьому зростає потреба в обсягах відстійників, збільшується витрата енергії на перекачування води.

Розподіл стічних вод по поверхні біофільтра проводиться стаціонарними розбризкуючими зрошувачами (спринклерами) або реактивними зрошувачами, що обертаються, з циклічною подачею води протягом 5-10 хвилин.

Застосування біофільтрів обмежується можливістю їх замулювання, зниженням окисної потужності в процесі експлуатації, появою неприємних запахів, складністю рівномірного нарощування плівки.

Очищення в аеротенках.Аеробне біологічне очищення великих обсягів стічних вод здійснюється в аеротенках - залізобетонних спорудах, що аеруються, з вільно плаваючим в обсязі оброблюваної води активним мулом, біонаселення якого використовує забруднення стічних вод для своєї життєдіяльності.

Аеротенки можна класифікувати за такими ознаками:

1) за структурою потоку - аеротенки-витіснювачі, аеротенки-змішувачі та аеротенки з розосередженим впуском стічної рідини (проміжного типу);

2) за способом регенерації активного мулу - аеротенки з окремо стоять або суміщеними регенераторами мулу;

3) по навантаженню на активний мул - високонавантажувані (для неповного очищення), звичайні та низьконавантажувані (з продовженою аерацією);

4) за кількістю ступенів - одно-, дво-і багатоступінчасті;

5) за режимом введення стічних вод - проточні, напівпроточні, зі змінним робочим рівнем, контактні;

6) за типом аерації - з пневматичною, механічною, комбінованою гідродинамічною або пневмомеханічною;

7) за конструктивними ознаками - прямокутні, круглі, комбіновані, шахтні, фільтротенки, флототенки та ін.

Аеротенки використовуються в надзвичайно широкому діапазоні витрат стічних вод від кількох сотень до мільйонів кубометрів на добу.

В аеротенках-змішувачах навантаження на мул і швидкість окислення забруднень практично незмінні за довжиною споруди. Вони найбільш придатні для очищення концентрованих (БПКп до 1000 мг/л) виробничих стічних вод за значних коливань їх витрати та концентрації забруднень. У аеротенках-вытеснителяхнавантаження забруднень на мул і їх окислення змінюються від найбільших значень початку споруди до найменших у його кінці. Такі споруди застосовують у тому випадку, якщо забезпечується досить легка адаптація активного мулу. В аеротенках з розосередженою подачею води за його довжиною поодинокі навантаження на мул зменшуються і стають рівномірними. Такі споруди використовуються для очищення сумішей промислових та міських стічних вод. Робота аеротенку нерозривно пов'язана з нормальною роботою вторинного відстійника, з якого зворотний активний мул безперервно перекачується в аеротенк. Замість вторинного відстійника для відокремлення мулу від води може бути використаний флотатор.

В одноступінчастій схемі без регенератора не можна інтенсифікувати процес очищення стоків. За наявності регенератора в ньому закінчуються процеси окислення і мул набуває початкових властивостей. Одноступінчасті схеми без регенерації мулу застосовують при БПКп 150 мг/л. Двоступінчаста схема використовується при високій вихідній концентрації органічних забруднень у воді, а також за наявності у воді речовин, швидкість окислення яких різко відрізняється. На першому ступені очищення БПКп стічних вод знижується на 50-70%.

Для забезпечення нормального перебігу процесу біологічного окислення в аеротенк необхідно безперервно подавати повітря. Система аерації являє собою комплекс споруд та спеціального обладнання, що забезпечує постачання рідини киснем, підтримання мулу у зваженому стані та постійне перемішування стічної води з мулом. Для більшості типів аеротенків система аерації забезпечує одночасне виконання цих функцій. За способом диспергування повітря у воді практично застосовуються такі системи аерації: пневматична, механічна, пневмомеханічна і струминна. У нашій країні більшого поширення набула пневматична система аерації.

Сучасний аеротенк - це гнучка в технологічному відношенні споруда, що є залізобетонним резервуаром коридорного типу, обладнаний аераційною системою. Робочу глибину аеротенків приймають від 3 до 6 м, відношення ширини коридору до робочої глибини від 1:1 до 2:1. Для аеротенків та регенераторів кількість секцій має бути не менше двох; при продуктивності до 50 тис.м 3 /сут призначається 4-6 секцій, за більшої продуктивності 8-10 секцій, всі вони робітники. Кожна секція складається із 2-4 коридорів.

Аеротенки-вытеснители- довгі коридорні споруди, у яких вода і активний мул подаються початку споруди, а мулова суміш відводиться наприкінці його. При цьому практично не відбувається перемішування води, що надходить з раніше надійшла. Такі аеротенки складаються з кількох коридорів і можуть бути з вбудованим регенератором без нього. Довжина таких аеротенків досягає 50-150 м та об'єм від 1,5 до 30 тис.м 3 . У великій мірі режиму витіснення відповідають конструкції аеротенків пористого типу. Вони є прямокутними в плані споруди, розділеними на ряд відсіків поперечними перегородками. Суміш з першого відсіку надходить у другий (знизу), з другого до третього переливається через перегородку (згори) і т.д. У кожному осередку встановлюється режим повного змішування, а сума ряду послідовно розташованих змішувачів становить практично ідеальний витіснювач. При цьому запобігає зворотному руху води, відсутнє поздовжнє перемішування.

Стічна вода та мул в аеротенках-змішувачах підводиться і відводиться рівномірно вздовж довгих сторін споруди. Вважається, що суміш, що надходить дуже швидко (в розрахунках миттєво) змішується зі вмістом всього аеротенка. Це дозволяє рівномірно розподіляти органічні забруднення та розчинений кисень та забезпечувати роботу споруди за постійних умов та високих навантажень. Ширина коридору аеротенку-змішувача становить 3-9 м, число коридорів 2-4, довжина до 150 м.

У порівнянні з аеротенками-витіснювачами в аеротенках-змішувачах висока залишкова концентрація домішок у очищеній воді. Тому їх доцільно застосовувати для очищення концентрованих стічних вод на першому ступені, а аеротенки-витіснювачі - на другому ступені.

Аеротенки- змішувачі можуть бути зблоковані з вторинними відстійниками та виконані окремо від них. Аеротенки-відстійники (аероакселатори) компактні, дозволяють збільшити рециркуляцію мулової суміші без застосування спеціальних насосних станцій, покращити кисневий режим відстійника і підвищити дозу мулу до 3-5 г/л, відповідно збільшивши окисну потужність.

Аеротенки проміжного типу поєднують елементи аеротенків-витіснювачів і аеротенків-змішувачів. До них відносяться аеротенки з розосередженою подачею води та зосередженою подачею активного мулу, а також каскад аеротенків-змішувачів. Вони створюються умови вищої середньої концентрації активного мулу, ніж у аеротенках-вытеснителях, і забезпечується вищу якість очищення, ніж у аеротенках-змесителях. Виконуються вони у вигляді двох-або чотирикоридорних споруд. Капітальні витрати на будівництво таких аеротенків знижуються не менше ніж на 15% порівняно з розглянутими вище, при цьому зберігається висока якість очищення.

Окситенки призначені для біохімічного очищення стічних вод, де замість повітря застосовується технічний кисень. Завдяки цьому створюються умови підвищення дози активного мулу (до 6-10 г/л), знижуються енерговитрати на аерацію, збільшується окисна потужність (в 5-10 разів вище, ніж в аеротенків), ефективність використання кисню становить 90-95 %.

Типові схеми біохімічного очищення включають, як правило, цілу низку установок по усередненню стоків, їх механічного очищення, власне спорудження біологічного очищення, пристрої для приготування та дозування реагентів, доочищення стічних вод та обробки опадів. Схеми можуть бути одноступінчастими та багатоступінчастими. За наведеною схемою здійснюється спільне очищення промислових та побутових стічних вод. При такій очистці процес протікає стійкіше і повніше, т.к. побутові стоки містять біогенні елементи, а також розбавляють стічні води. Стічні води, попередньо очищені на спорудах механічного очищення, направляються на біологічне очищення в аеротенках з регенераторами. Виділений у вторинних відстійниках активний мул ділиться на два потоки: циркулюючий за допомогою насосної станції перекачується в регенератор, а потім в аеротенк, надлишковий надходить на освітлення первинні відстійники. Очищена вода хлорується і прямує у водойму або повертається у виробництво. Виділений осад обробляється в метантенках і зневоднюється на мулових майданчиках, газ, що виділяється при зброджуванні, йде на спалювання в котельню.
4.2. Анаеробні методи очищення.

Для знешкодження опадів стічних вод та попередньої очистки концентрованих стічних вод може використовуватися процес анаеробного зброджування. Залежно від кінцевого виду продукту розрізняють такі види бродіння: спиртове, пропіоново-кисле, молочнокисле, метанове та ін.

Для очищення стічних вод використовують метанове бродіння. Процес цей складний і складається з багатьох стадій, у метановому бродінні розрізняють дві фази. У першій фазі бродіння (кислої) розщеплюються складні органічні речовини з утворенням органічних кислот, а також спиртів, аміаку, ацетону, H 2 S, CO 2 , Н 2 та ін, в результаті чого стічні води підкислюються до рН = 5-6. Потім під дією метанових бактерій (лужна фаза) кислоти руйнуються з утворенням СН 4 і СО 2 . Вважається, що швидкості перетворення в обох фазах однакові. У середньому рівень розпаду органічних сполук становить 40 %.

Процеси метанового бродіння здійснюють у метантенках - герметично закритих резервуарах, обладнаних пристроями для введення оброблюваного та відведення збродженого осаду.

Процеси зброджування ведуть у мезофільних (30-35 ° С) та термофільних (50-55 ° С) умовах. У термофільних умовах руйнація органічних сполук відбувається інтенсивніше. Метантенк є залізобетонним резервуаром з конічним днищем, з пристроєм для уловлювання і відведення газу, а також обладнаний підігрівачем і мішалкою. Застосовуються метантенки діаметром до 20 м та корисним об'ємом до 4000 м 3 .

Процес бродіння стічних вод ведуть у два щаблі. При цьому частина осаду з другого метантенка повертається до першого, де забезпечується хороше перемішування. При зброджуванні виділяються гази із середнім вмістом СН 4 – 63-65 %, СО 2 – 32-34 %. Теплотворна здатність газу 23 МДж/кг він спалюється в топках парових котлів. Отримана при цьому пара використовується для нагрівання опадів метантенках або для інших цілей.

Список літератури

Техніка захисту навколишнього середовища/Родіонов А.І., Клушин В.М., Торочешніков Н.С. Навчальний посібник для вишів. - М.: Хімія, 1989.

КомароваЛ.Ф., Корміна Л.А. Інженерні методи захисту довкілля. Техніка захисту атмосфери та гідросфери від промислових забруднень: Навчальний посібник. - Барнаул, 2000.

У стоках містяться речовини органічного та неорганічного походження, причому органічних набагато більше. І якщо неорганічних включень найпростіше позбутися механічним способом, то видалення органічних домішок потрібні інші методи. Одним із основних є біологічне очищення стічних вод. Про його особливості, різновиди та технології ви дізнаєтеся в цій статті.

Вода – це життя, але споживаємо ми її чисте, а повертаємо брудне. Якщо стоки не очищати, то час «дорогоцінної вологи», описаний багатьма письменниками-фантастами, настане дуже скоро. Природа може очищати воду самостійно, але ці процеси протікають дуже повільно. Кількість людей збільшується, обсяги споживання води також зростають, тому проблем організованого та ретельного очищення стоків стоїть особливо гостро. Найефективнішою технологією очищення води є біологічна. Але перш ніж розглядати основні принципи її роботи, потрібно розібратися зі складом води.

Склад побутових стічних вод

У будь-якому будинку з водопроводом є каналізація. Вона забезпечує нормальні процеси транспортування стоків із квартир та будинків до станцій очищення. У каналізаційних трубах протікає звичайна вода, але забруднена. Домішок у ній лише 1%, але саме він робить стоки непридатними для подальшого застосування. Тільки після очищення воду можна буде повторно використовувати для пиття та у побуті.

Точний склад стічних вод назвати не можна, оскільки він залежить від місця взяття спеціальної проби, але навіть в тому самому місці кількість і набір домішок можуть відрізнятися. Найчастіше у воді містяться тверді частинки, біологічні домішки, неорганічні включення. З неорганікою все просто її видаляє навіть найпростіший фільтр, але з органікою вам доведеться поборотися. Якщо нічого не робити, дані речовини починають розпадатися і утворюють осад, що гниє (звідси – неприємний характерний «запах каналізації»). Причому гнити починають не тільки органічні речовини, що розклалися, а й вода.

Якщо двома словами, то до складу стоків входять жири, ПАР, фосфати, хлоридні та азотні сполуки, нафтопродукти, сульфати. Самостійно з води вони зникнути не можуть – потрібне комплексне очищення. Особливо гостро проблема стоїть у тих будинках, в яких проведено автономну систему водовідведення та водопостачання, адже на кожній ділянці є і вигрібна яма, і свердловина на воду. Якщо стоки не очищати, вони можуть потрапити до крану – і ситуація стане небезпечною для життя.

Методи очищення побутових та промислових стоків

Стічні води можуть самоочищатися в природних умовах, але якщо їх обсяг невеликий. Оскільки промислова галузь сьогодні розвинена високо, обсяги стоків на виході утворюються значні. І щоб отримати чисту воду, людина має вирішити питання з нечистотами – тобто їх очищенням. Усього існує кілька методів очищення стоків – це механічний, хімічний, фізико-хімічний та біологічний. Розглянемо докладніше особливості кожного їх.

Механічна очистка передбачає застосування таких методик як фільтрація та відстоювання. Основні інструменти – грати, сита, фільтри, пастки та уловлювачі. Коли вода проходить первинне очищення, вона потрапляє у відстійник – ємність, призначену для відстоювання стоків з утворенням осаду. Механічна очистка використовується у більшості сучасних систем, але рідко як самостійний спосіб. А вся справа в тому, що вона не підходить для видалення хімічних компонентів та органічних домішок.

Хімічна очистка проводиться із застосуванням реагентів – особливих хімічних речовин, які входять у реакцію з домішками, які у воді, і утворюють нерозчинний осад. В результаті вміст розчинених суспензій знижується на 25%, а нерозчинних на 95%.

Фізико-хімічне очищення передбачає застосування таких методик як окислення, коагуляція, екстракція тощо. Дані процеси дозволяють видаляти з води неорганічні включення і руйнувати органічні домішки, що погано окислюються. Найпопулярнішою фізико-хімічною методикою очищення є електроліз.

Біологічна очистка – процес, заснований на застосуванні специфічних мікроорганізмів та принципів їхньої життєдіяльності. Бактерії спрямовано впливають на специфічні органічні забруднювачі і відбувається очищення води.

Методи біологічного очищення стічних вод та її користь. Станції та споруди біологічного очищення стічних вод

До методів біологічного очищення стічних вод відносять аеротенки, біологічні фільтри та звані біопруди. Кожен спосіб має свої особливості, про які ми розповімо далі.

Аеротенки

Дана біологічна методика очищення передбачає взаємодію очищених попередньо механічним способом стоків та активного мулу. Взаємодія відбувається у спеціальних ємностях – вони складаються мінімум з двох секцій і обладнуються системами аерації. Активний мул містить велику кількість аеробних мікроорганізмів, які у відповідних умовах виводять із стоків різні забруднювачі. Іл – це складна система біоценозу, у якій бактерії за умови регулярного надходження кисню починають поглинати органічні домішки. Біологічне очищення відбувається постійно за однієї головної умови – у воду має надходити повітря. Коли переробка органіки завершується, рівень споживання кисню (БПК) падає, і вода подається до наступних секцій.

В інших секціях в роботу включаються бактерії-нітрифікатори, які переробляють такий елемент, як азот амонійних солей з утворення нітритів. Дані процеси здійснює одна частина мікроорганізмів, інша поїдає нітрити з утворенням нітратів. Після завершення цього процесу стоки, що очищаються, подаються у вторинний відстійник. Тут активний мул випадає в осад, а очищена вода прямує до водойм.

Біофільтр – популярна серед власників заміських будинків біологічна станція очищення. Вона є компактним пристроєм, до складу якого входить резервуар із завантажувальним матеріалом. У вигляді активної плівки в біофільтрі знаходяться мікроорганізми, які здійснюють ті самі процеси, що й у першому випадку.

Види установок:

двоступінчасті;
крапельної фільтрації.

Продуктивність пристроїв з краплинним типом фільтрації низька, але вони гарантують максимальну ступінь очищення стоків. Другий тип більш продуктивний, але якість очищення буде приблизно такою самою, як і в першому випадку. Обидва фільтри складаються з так званого «тіла», розподільника, дренажної та повітророзподільної систем. Принцип роботи біофільтрів аналогічний принципу роботи аеротенків.

Біологічні ставки

Для проведення очищення стоків даним способом має бути відкрита штучна водойма, в якій будуть протікати процеси самоочищення. Цей спосіб є найефективнішим, підходять навіть неглибокі ставки глибиною до одного метра. Значна площа поверхні дозволяє воді добре прогріватися, що також надає необхідний вплив на процеси життєдіяльності мікроорганізмів, що беруть участь в очищенні. Максимально ефективним цей спосіб є в теплу пору року – при температурі близько 6 градусів і нижче процеси окислення зупиняються. Взимку очищення взагалі не відбувається.

Види ставків:

рибницькі (з розведенням);
багатоступінчасті (без розведення);
ставки доочищення.

У першому випадку стоки змішуються з річковою водою, після чого прямують у ставки. У другому вода прямує у водойму без розведення відразу після відстоювання. Перший спосіб вимагає близько двох тижнів часу, а другий місяць. Перевага багатоступінчастих систем – порівняно низька вартість.

У чому переваги біологічного методу очищення стічних вод?

Біологічне очищення стоків гарантує отримання майже 100% чистої води. Проте врахуйте – як самостійний метод біостанція не використовується. Отримати кристально чисту воду можна лише тому випадку, якщо спочатку видалити неорганічні домішки іншими способами, та був прибрати органіку біологічним методом.

Ееробні та анаеробні бактерії – що це?

Мікроорганізми, що застосовуються в процесі переробки стічних вод, поділяються на аеробні та анаеробні. Аеробні існують тільки в кисневмісному середовищі і повністю розщеплюють органіку до СО2 та Н2О, одночасно синтезуючи власну біомасу. Формула цього процесу виглядає так:

CxHyOz + O2 -> CO2 + H2O + біомаса бактерій,

де CxHyOz – органічна речовина.

Анаеробні мікроорганізми нормально обходяться без кисню, але й приріст біомаси у них невеликий. Бактерії цього типу потрібні для безкисневого бродіння органічних сполук з утворенням метану. Формула:

CxHyOz -> CH4 + CO2 + біомаса бактерій

Анаеробні методики є незамінними при високих концентраціях органіки – які перевищують гранично допустимі для аеробних мікроорганізмів. За низького вмісту органіки анаеробні мікроорганізми, навпаки, малоефективні.

Призначення біологічних способів очищення води

Більшість забруднювачів стоків становлять речовини органічного походження. Основні джерела даних забруднень та споживачі очищених стоків:

ЖКГ, підприємства харчової промисловості та тваринницькі комплекси.
Підприємства хімічної, нафтопереробної, целюлозно-паперової та шкіряної промисловості.

Склад стоків у цих випадках буде різним. Одне можна сказати точно – лише за умови комплексного очищення з обов'язковим застосуванням біологічних методів можна досягти ідеальних результатів.

Принципи біологічного очищення та список необхідного обладнання

З урахуванням поточних принципів біологічної очистки підбирається устаткування організації очисної біостанції. Основні варіанти:

біологічні ставки;
поля фільтрації;
біофільтри;
аеротенки;
метатенки;
фільтруючі колодязі;
піщано-гравійні фільтри;
канали циркуляційного окиснення;
біореактори.

Зверніть увагу, що для штучного та природного очищення стоків можуть застосовуватись різні методики.

Очищення стічних вод біологічними методами: переваги та недоліки

Біологічні методики ефективні для очищення стічних вод від органіки, але досягти справді високих результатів можна лише за умови комплексного використання різних методів. Крім того, можливості бактерій не безмежні – мікроорганізми видаляють незначні домішки органіки. Вартість біологічних очисних станцій порівняно невисока.

Усі способи очищення стічних вод

До потрапляння в систему біологічного чищення стоки повинні піддаватися механічному очищенню, а після неї – знезараженню (хлорування, вплив ультразвуком, електроліз, озонування тощо) та дезінфекції. Тому в рамках комплексного очищення стоків застосовують також хімічні, механічні, мембранні, реагентні методи.

Ці методи застосовують для очищення господарсько-побутових та промислових стічних вод від багатьох розчинних органічних та деяких неорганічних (сірководню, аміаку, сульфідів, нітритів та ін) речовин. Процес очищення ґрунтується на здатності мікроорганізмів використовувати перелічені речовини для живлення в процесі життєдіяльності – органічні речовини для мікроорганізмів є джерелом вуглецю. Біохімічне очищення стічних вод може протікати в аеробних (біохімічне окислення) та анаеробних (біологічне розкладання) умовах.

Очищення в анаеробних умовахвідбувається під дією анаеробних мікроорганізмів, в результаті кількість органічних забруднювачів, що містяться в стічній воді, зменшуються завдяки перетворенню їх у гази (метан, двоокис вуглецю) та розчинені солі, а також зростанню біомаси анаеробних рослин. Розпад здійснюється у 2 фази: спочатку органічна речовина перетворюється на органічні кислоти та спирти (перша група мікроорганізмів), а потім органічні кислоти та спирти – на метан та двоокис вуглецю (друга група мікроорганізмів).

Процес в цілому залежить від підтримки сприятливих для обох груп мікроорганізмів середовища і рівновага між фазами має бути таким, щоб кислоти видалялися з тією ж швидкістю, з якою вони утворюються. Анаеробний метод використовується в основному для зброджування надлишкового активного мулу, що утворюється при анаеробному очищенні.

Очищення в анаеробних умовах відбувається в присутності розчиненого у воді кисню, являючи собою модифікацію природного процесу, що протікає в природі, самоочищення водойм. Для біоочищення промислових стічних вод найбільш поширені процеси з використанням активного мулу, що проводяться в аеротенках. Активний мул створюється за рахунок зважених частинок, не затриманих при відстоюванні, і за рахунок колоїдних речовин з мікроорганізмами, що на них розмножуються. Активний мул в рідині, що аерується, значно прискорює процеси окислення і створює умови для процесів адсорбції органічних речовин.

Руйнування органічних речовин до вуглекислого газу та інших нешкідливих продуктів окислення відбувається внаслідок біоценозу, тобто. комплексу всіх бактерій та найпростіших мікроорганізмів, що розвиваються в даній споруді. Споживання мікроорганізмами органічних складових стічних вод відбувається у 3 стадії: 1) масопередача органічної речовини та кисню з рідини до поверхні клітини; 2) дифузія речовини та кисню через напівпроникну мембрану клітини; 3) метаболізм дифундованих продуктів, що супроводжується приростом біомаси, виділенням енергії, діоксиду вуглецю тощо.

Інтенсивність та ефективність біологічного очищення стічних вод визначається швидкістю розкладання бактерій.

Біологічне очищення стічних вод може здійснюватися у природних чи штучних умовах.

У природних умовах використовують спеціально підготовлені ділянки землі (поля зрошення та фільтрації) або біологічні ставки. Вони є земляні резервуари глибиною 0,5?1 м, в яких відбуваються ті ж процеси, що і при самоочищенні водойми.

Поля зрошення– спеціально підготовлені земельні ділянки, використовувані одночасно очищення стічних вод і агрокультурних цілей, тобто. для вирощування зернових та силосних культур, трав, овочів, а також для посадки чагарників та дерев. Поля фільтрації призначені лише для біологічного очищення стічних вод.

Поля зрошення та біологічні ставки розташовують на місцевості, що має ухил сходами, щоб вода самопливом переливалася з однієї ділянки на іншу. Очищення від забруднень відбувається в процесі фільтрації вод через ґрунт, в якому затримуються зважені та колоїдні частинки, утворюючи в порах ґрунту плівку. У глибокі верстви грунту проникнення кисню утруднено, тому найсильніше окислення відбувається у верхніх шарах грунту, тобто. на глибині до 0,2?0,4 м.

Біологічні ставки– призначені для біологічного очищення та доочищення стічних вод у комплексі з іншими очисними спорудами. Їх виконують у вигляді каскаду ставків, що складають з 35 ступенів. Процес очищення стічних вод реалізується за такою схемою: бактерії використовують для окислення забруднень кисень, виділений водоростями в процесі фотосинтезу, а також кисню з повітря. Водорості споживають двоокис вуглецю, фосфати та амонійний азот, що виділяється при біохімічному розкладанні органічних речовин. Тому для нормальної роботи ставків необхідно дотримуватися оптимальних значень рН і температури стічної води. Температура має бути не менше 6°С, у зв'язку з чим у зимовий час ставки не експлуатуються.

Розрізняють ставки з природною та штучною аерацією. Глибина ставків з природною поверхневою аерацією не перевищує 1 м. При штучній аерації ставків за допомогою механічних аераторів або продування повітря через товщу води їхня глибина збільшується до 3 м. Застосування штучної аерації прискорює процеси очищення води. Недоліками ставків є низька окисна здатність, сезонність роботи, потреба у великих територіях.

Спорудження для штучного біологічного очищенняза ознакою розташування в них активної біомаси можна розділити на 2 групи: 1) активна біомаса знаходиться в стічній воді, що обробляється, у зваженому стані (аеротенки, окситенки); 2) активна біомаса закріплюється на нерухомому матеріалі, а стічна вода обтікає його тонким плівковим шаром (біофільтри).

Аеротенкиє залізобетонні резервуари, прямокутні в плані, розділені перегородками на окремі коридори.

Стічна вода після споруд механічного очищення поєднується зі зворотним активним мулом (біоценозом) і, послідовно пройшовши коридорами аеротенка, надходить у вторинний відстійник. Час перебування в аеротенці оброблюваної стічної води в залежності від її складу коливається від 6 до 12 годин. За цей час переважна більшість органічних забруднень переробляється біоценозом активного мулу. Для підтримки активного мулу у зваженому стані, інтенсивного його перемішування та насичення оброблюваної суміші кисню повітря в аеротенках влаштовують різні системи аерації (частіше механічна або пневматична). З аеротенків суміш обробленої стічної води і активного мулу надходить у вторинний відстійник, звідки активний мул, що осів на дно, за допомогою спеціальних пристроїв (илососів) відводиться в резервуар насосної станції, а очищена стічна вода надходить або на подальшу доочищення, або дезінфікується. У процесі біологічного окиснення відбувається приріст біомаси активного мулу. Для створення оптимальних умов її життєдіяльності надлишок мулу виводиться із системи і направляється в споруди з обробки осаду, а основна частина у вигляді мулу знову повертається в аеротенк.

Комплекси очисних споруд, до складу яких входять аеротенки, мають продуктивність від кількох десятків до 2?3 млн. м 3 стічних вод на добу.

Замість повітря для пневматичної аерації стічних вод може подаватися чистий кисень. Для цього процесу використовують окситенки, дещо відмінні за конструкцією від аеротенків. Окислювальна здатність окситенків у 3 рази вища.

Біофільтризнаходячи широке застосування при добових витратах побутових та виробничих стічних вод до 20...30 тис. м 3 на добу. Найважливішою складовою біофільтрів є завантажувальний матеріал. За типом завантажувального матеріалу їх поділяють на 2 категорії: з об'ємним та плоским завантаженням. Біофільтри – це резервуари круглої та прямокутної форми, які заповнюються завантажувальним матеріалом. Об'ємний матеріал, що складається з гравію, керамзиту, шлаку з крупністю фракцій 1580 мм, після сортування фракцій засипається шаром висотою 24 м. Площинний матеріал виконується у вигляді жорстких (кільцевих, трубчастих елементів з пластмас, кераміки, металу) рулонна тканина) блоків, які монтуються в тілі біофільтра шаром завтовшки 8 м.

Стічна вода, що подається вище завантажувального матеріалу, рівномірно розподіляється через нього, при цьому на поверхні матеріалу утворюється біологічна плівка (біоценоз), аналогічна активному мулу в аеротенках. Завантажувальний матеріал підтримується решітчастим днищем, крізь отвори якого оброблена стічна вода надходить на суцільне дно біофільтра та за допомогою лотків відводиться з біофільтра у вторинний відстійник.

Біофільтри з об'ємним завантаженням ефективні при повному біологічному очищенні. Біофільтри з площинним завантаженням також можуть застосовуватися для повного біологічного очищення, але їх доцільніше застосовувати як перший ступінь двоступеневого біологічного очищення тоді, коли мають місце залпові викиди висококонцентрованих виробничих стічних вод або проводиться реконструкція очисних комплексів.

При експлуатації споруд біологічної очистки необхідно дотримуватися технологічного регламенту їх роботи, не допускати перевантажень і особливо залпових надходжень токсичних компонентів, оскільки такі порушення можуть згубно позначитися на життєдіяльності організмів. Тому в стічних водах, що спрямовуються на біологічне очищення, вміст нафти та нафтопродуктів має бути не більше 25 мг/л, ПАР – не більше 50 мг/л, розчинених солей – не більше 10 г/л.

Біологічна очистка не забезпечує повного знищення у стічних водах усіх хвороботворних бактерій. Тому після неї воду дезінфікують рідким хлором або хлорним вапном, озонуванням, ультрафіолетовим випромінюванням, електролізом або ультразвуком.

Знезараження очищених стічних вод проводиться для знищення хвороботворних бактерій, вірусів і мікроорганізмів, що містяться в них; ефект знезараження повинен становити майже 100%. Тому після повного очищення стічні води вводять сполуки хлору або інші сильні окислювачі (озон), що забезпечують захист водойм від попадання в них збудників захворювань.

Для природних вод, здоров'я людей, тварин і риб найбільш небезпечні різні радіоактивні відходи, які утворюються на атомних електростанціях під час обробки ядерного палива. Обробка стічних вод, що містять радіоактивні забруднення, залежить від рівня активності та солевмісту. Води з низьким вмістом солі обробляються іонообмінними і намивними фільтрами. При високому солевмісті методи електродіалізу та випарювання, а залишкові забруднення знімаються на іонообмінних установках. Усі стічні води з радіоактивністю, вищою за допустиму, зливають у спеціальні підземні резервуари або закачують у глибокі підземні безстічні басейни.

Біохімічні (біологічні) методи застосовують для очищення господарсько-побутових та промислових стічних вод від багатьох розчинених органічних та деяких неорганічних (сірководень, сульфіди, аміак, нітрити) речовин. Процес очищення ґрунтується на здатності мікроорганізмів використовувати ці речовини для живлення в процесі життєдіяльності, оскільки органічні речовини для мікроорганізмів є джерелом вуглецю.

Біохімічне окиснення

Контактируя з органічними речовинами, мікроорганізми частково руйнують їх, перетворюючи у воду діоксид вуглецю, нітрит і сульфат-іони та ін. Інша частина речовини йде на утворення біомаси. Руйнування органічних речовин називають біохімічним окисненням.

Біохімічне окислення здійснюється спільнотою мікроорганізмів (біоценозом), що включає безліч різних бактерій, найпростіших і ряд високоорганізованих організмів-водоростей, грибів і т.д., пов'язаних між собою в єдиний комплекс складними взаєминами (метабіоз, симбіоз та антагонізм). Чільну роль у цьому співтоваристві належить бактеріям, кількість яких варіює від 10 6 до 10 14 клітин на 1 г сухої біологічної маси (біомаси). Число пологів бактерій може сягати 5... 10, число видів - кількох десятків і навіть сотень. Спільнота мікроорганізмів представлена одними бактеріями в тому випадку, якщо очищення проводять в анаеробних умовах (без розчиненого у воді кисню). У виробничих стічних водах трапляється до 30 видів Bacterium. Ці бактерії засвоюють нафту, парафіни, нафтени, феноли та інші сполуки.

Серед бактерій в очисних спорудах співіснують гетеротрофи та автотрофи, причому переважний розвиток та чи інша група отримує залежно від умов роботи системи. Ці дві групи бактерій розрізняються по відношенню до джерела вуглецевого харчування. Гетеротрофи використовують як джерело вуглецю готові органічні речовини і переробляють їх для отримання енергії та біосинтезу клітини. Автотрофні організми споживають для синтезу клітини неорганічний вуглець, а енергію отримують за рахунок фотосинтезу, використовуючи енергію світла або хемосинтезу шляхом окислення деяких неорганічних сполук (наприклад, аміаку, нітритів, солей двовалентного заліза, сірководню, елементарної сірки та ін.).

Мікроорганізми здатні окислювати багато органічних речовин, але для цього потрібен різний час адаптації. Легко окислюються бензойна кислота, етиловий та аміловий спирти, гліколі, хлоргідриди, ацетон, гліцерин, анілін, складні ефіри.

Речовини, що знаходяться у стічних водах у колоїдному або дрібнодисперсному стані, окислюються з меншою швидкістю, ніж речовини, розчинені у воді.

Стічні води, що спрямовуються на біохімічне очищення, характеризуються величиною ВПК та ГПК.

ВПК - біохімічна потреба в кисні, або кількість кисню, використаного при біохімічних процесах окислення органічних речовин (не включаючи процеси нітрифікації) за певний час інкубації проби (2, 5, 8, 10, 20 діб) мг O 2 /мг речовини. Наприклад, БПК 5 - біохімічна потреба у кисні за п'ять діб; БПК п - повна біохімічна потреба у кисні до початку процесів нітрифікації, тобто. до появи нітритів у кількості 0,1 мг/л (приблизно 20 діб), мг O 2 /мг речовини;

ГПК - хімічна потреба у кисні, визначена біхроматним методом, тобто. кількість кисню, еквівалентна кількості окислювача, необхідного для окислення всіх відновників, що містяться у воді, мг Ог/мг речовини.

Біохімічною активністю мікроорганізмів називають біохімічну діяльність, пов'язану із руйнуванням органічних забруднень стічних вод. Можливість біохімічного окислення (біорозкладність стічних вод) характеризується біохімічним показником, тобто. ставленням ΒΠΚ повний /ΧΠΚ. Його значення коливається у межах для різних груп стічних вод: промислові стічні води мають низький біохімічний показник (0,05...0,3), побутові стічні води - понад 0,5. При відношенні (БПК/ГПК) 100% = 50% речовини піддаються біохімічному окисленню. При цьому необхідно, щоб стічні води не містять і отруйних речовин та домішок солей важких металів. Біохімічний показник необхідний для розрахунку та експлуатації споруд для очищення стічних вод.

Для можливості подачі стічних вод на біохімічне очищення встановлюють максимальні концентрації токсичних речовин, які не впливають на процеси біохімічного окиснення (МК 6) та на роботу очисних споруд (МК б.о.с.). Для неорганічних речовин, які практично не піддаються біохімічному окисненню, також встановлюють максимальні концентрації, при перевищенні яких воду не можна піддавати біохімічному очищенню.

Оптимальною температурою для аеробних процесів, що відбуваються в очисних спорудах, вважається 20 ... 30 ° С, при цьому біоценоз за інших сприятливих умов представлений найбільш різноманітними і добре розвиненими мікроорганізмами. Мікроорганізми добре розвиваються за оптимальних температур і зберігають свою життєздатність при коливаннях температур у значних діапазонах.

Концентрація водневих іонів суттєво впливає на розвиток мікроорганізмів. Значна частина бактерій розвивається найкраще в середовищі нейтральної або близької до неї, проте є види, що добре розвиваються в кислому середовищі з pH 4 ... 6 (гриби, дріжджі) або, навпаки, в лужному середовищі (актиноміцети). Біологічна очистка найбільш ефективна, якщо значення pH не виходить за межі 5...9, оптимальним вважається середовище з pH 6,5...7,5. Відхилення pH межі 5...9 зменшує швидкість розвитку.

Для нормального процесу синтезу клітинної речовини, а отже, і для ефективного процесу очищення стічної води в середовищі має бути достатня концентрація всіх основних елементів живлення – органічного вуглецю (БПК), азоту, фосфору. Крім основних елементів складу клітини (С, Ν, Про, Н) для її побудови необхідні в незначній кількості та інші компоненти. Достатність елементів живлення для бактерій у стічних водах визначається співвідношенням БПК: N: Р (азот амонійних солей або білковий та фосфор у вигляді розчинених фосфатів).

Токсичною дією на біологічні процеси можуть мати органічні та неорганічні речовини. Токсична дія може бути і мікробостатичною, якщо затримуються зростання та розвиток мікроорганізмів, і вбиваючим (мікробоцидним). Більшість речовин виявляє ту чи іншу дію в залежності від концентрації їх в суміші, що очищається.