Аэробная биологическая очистка сточных вод. Аэробная обработка ила

25 Декабря в 14:21 2609 0


Аэробная обработка ила

Активный ил с большим содержанием биопродуктов, образующийся в рассмотренных выше процессах, часто подвергают еще одной операции аэробной обработки; фактически она повторяет описанную в предыдущих разделах, но в отсутствие поступления свежих сточных вод.

В таких условиях биомасса в результате эндогенного дыхания утилизирует свои же источники углерода, так что в конечном счете содержание твердых компонентов уменьшается обычно на 50 %. В этой операции рециркуляцию биомассы не применяют, а время пребывания последней в реакторе составляет от 15-ти до 25-ти суток. Основной целью этой операции является уменьшение общей массы ила, подлежащего перевозке (сухопутным или речным транспортом) и уничтожению.

Нитрификация
В обычных процессах обработки отходов с аэрацией в числе подвергающихся биологическому окислению субстратов имеются и азотсодержащие органические вещества. Из последних при биологическом окислении обычно сначала образуется аммиак, который затем необходимо окислить до нитрита и, наконец, до нитрата; только в этом случае очищенная вода будет обладать достаточно низкой БПК.

Для оценки концентраций аммиака и нитрита в сточных водах, прошедших обработку в системе водоочистки с активным илом (эффективность работы которой оценивают по снижению величины БПК до заданного уровня), за основу можно взять уравнения материальных балансов по популяциям Nitrosomonas и Nitrobacter. Ниже приведен пример такого расчета. Если время пребывания биомассы в системе с активным илом слишком мало, то для завершения процесса нитрификации можно использовать второй аэрируемый биореактор.
Если время пребывания биомассы в системе с активным илом слишком мало, то для завершения процесса нитрификации можно использовать второй аэрируемый биореактор

Вторичная очистка сточных вод с помощью капельных биологических фильтров

В довольно распространенном варианте очистки сточных вод с участием активного ила применяют так называемые капельные, или перколяционные, биологические фильтры. В биологическом фильтре популяции микроорганизмов существуют в виде пленки или слизистого слоя на поверхности твердой насадки, неплотно заполняющей резервуар (доля пустот составляет около 0,5); в таких условиях воздух легко поступает в нижние слои насадки.

Использование термина «фильтр» для описания этой системы водоочистки во многих отношениях неудачно, поскольку механизм обезвреживания примесей здесь связан не с их механическим удерживанием, а с теми же самыми последовательными процессами связывания и биологического окисления, которые реализуются в системах с активным илом.

Подлежащие очистке сточные воды контактируют прежде всего с верхней частью неподвижного слоя, толщина которого составляет обычно от одного до трех м; сточные воды подают непрерывно через расположенные над неподвижным слоем насадки сопла или периодически с помощью вращающегося разбрызгивателя, подобного изображенному на рис. 6.6. И в том и в другом случае скорость потока сточных вод должна быть достаточно низкой, чтобы слой насадки не оказался под водой.

Биологический капельный фильтр
Рис. 6.6. Биологический капельный фильтр: 1 - вращающийся разбрызгиватель сточных вод; 2 - насадка; 3 -трубопровод для подачи сточных вод; 4 - дренаж; 5 - бетонная ограждающая стена;6 - отверстия для
поступления воздуха

Для обеспечения нужной скорости переноса кислорода поступающие в систему сточные воды должны обтекать покрытую слизью насадку достаточно тонким слоем, не препятствующим дыханию аэробных организмов, находящихся на наружной поверхности пленки микроорганизмов.

В отличие от процессов с участием активного ила, обычно требующих принудительной аэрации, через биологический фильтр воздух циркулирует благодаря естественной конвекции. Движущей силой конвекции является разность температур, создающаяся в фильтре за счет биологического окисления загрязняющих веществ, присутствующих в сточных водах; отверстия для поступления воздуха и связанные с ними вентиляционные трубопроводы (расположенные внутри фильтра) обеспечивают поступление воздуха в нижние и промежуточные слои насадки.



Возникновение и развитие анаэробных областей в толще пленки микроорганизмов приведут к формированию газовых пузырьков, которые, в свою очередь, вызовут частичное отделение пленки от носителя. Образовавшиеся таким путем и унесенные из биологического фильтра потоком воды организмы часто называют гумусом; последний необходимо отделять в отстойнике, установленном непосредственно после биологического фильтра.

С другой стороны, в результате этого процесса регулируется толщина пленки микроорганизмов, среднее значение которой зависит от множества факторов. В правильно эксплуатируемом биологическом фильтре толщина пленки микроорганизмов обычно составляет около 0,35 мм.

Недостатком высоконагружаемых биологических фильтров является вымывание большого количества гумуса, который необходимо отделять в отстойнике.

Для того чтобы понять принцип работы биологического фильтра, полезно проследить за происходящими в фильтре превращениями в пространстве и времени. Предположим, что мы перемещаемся внутри фильтра сверху вниз вместе с каплей жидкости. По мере движения через неподвижный слой насадки состав жидкости изменяется во времени, что обусловлено поглощением разных компонентов различными микроорганизмами. По мере изменения состава жидкой среды в ней поочередно развиваются преимущественно определенные виды микроорганизмов, что, в свою очередь, приводит к изменению ее состава и затем к замене одной доминирующей популяции другой.

Теперь перенесем наблюдения в фиксированную в пространстве систему координат. То, что раньше представлялось нам как изменения в капле во времени, теперь будет иметь характер распределения в рабочем пространстве фильтра, эксплуатируемого в стационарном состоянии. Организмы, наиболее приспособленные к утилизации питательных веществ сточных вод, доминируют в верхней части слоя насадки; здесь же изобилуют прочно связанные с насадкой грибы и свободно плавающие ресничные. В нижней части фильтра преобладают стебельчатые ресничные и нитрифицирующие бактерии.

Среди обитателей биологических фильтров можно обнаружить и высших животных, из которых наиболее многочисленны популяции червей и личинок насекомых. Эти животные питаются организмами слизистого слоя, растущими на насадке фильтра; регулирование численности их популяций является важным фактором при управлении работой фильтра.

Разделение организмов в пространстве биологического фильтра позволяет каждому виду полностью адаптироваться к соответствующему окружению. По этой причине, в частности, низко нагружаемые биологические фильтры обычно обеспечивают большую прозрачность и большую степень нитрификации очищенной воды, чем системы с активным илом.

Кроме того, опыт эксплуатации водоочистных станций показал, что по сравнению с системами с активным илом биологические фильтры менее чувствительны к пиковым нагрузкам токсичных веществ. В то же время, как показано в табл. 6.1, в некоторых отношениях системы с активным илом превосходят биологические фильтры. Предпочтение той или иной системе водоочистки можно отдать. Только после тщательного изучения характеристик сточных вод.

Таблица 6.1. Сравнение методов очистки сточных вод с помощью биологических фильтров и активного ила
Сравнение методов очистки сточных вод с помощью биологических фильтров и активного ила

Основой другого метода очистки сточных вод являются так называемые биологические пруды; этот метод очистки намного проще, чем водоочистка с помощью активного ила или биологических фильтров. В биологических окислительных прудах, напоминающих естественные водные экосистемы, в процессе фотосинтеза водоросли выделяют кислород; тем самым поддерживается аэробный режим, который необходим для бактерий, утилизирующих органические загрязняющие вещества.

Для предотвращения образования анаэробных зон окислительные пруды обычно делают неглубокими, от 0,6 до 1,2 м глубиной. Напротив, в стабилизирующих прудах для обработки сточных вод, содержащих осаждающиеся примеси, поддерживается анаэробный режим или чередование во времени аэробного и анаэробного режимов.

Л.В. Тимощенко, М.В. Чубик
Похожие статьи
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы