2. Биохимическая очистка сточных вод

Биологический (биохимический) метод очистки применяют для очистки произ­водственных сточных вод от многих растворенных органических веществ., в том числе и от нефтепродуктов.

Сточные воды, направляемые на биохимическую очистку, характеризуются ве­личиной БПК и ХПК. БПК - это биохимическая потребность в кислороде, использованного при биохимических процессах окисления органи­ческих веществ за определенный промежуток времени (2,5,8,10,20 сут) в мг О₂ на литр сточной воды (или на 1 мг вещества). Например, БПК₅ - биохимическая потреб­ность в кислороде за 5 сут, БПК_полн. - полная биохимическая потребность в кислороде до окончания процесса биоокисления.

Процесс биологической очистки основан на способности микроорганизмов ис­пользовать растворенные органические вещества для питания в процессе своей жиз­недеятельности. Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы частично разру­шают их, превращая в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы. Другая часть вещества идет на образование биомассы. Такое разрушение органических веществ на­зывают биохимическим окислением.

Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки сточных вод. Аэробный метод основан на использовании аэробных групп организмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура 20-40°С. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле. Активный ил состоит из живых организмов и твердого субстрата. Живые организмы представляют собой сообщество множества видов микроорганизмов, называемых биоценозом.

Живые орга­низмы представлены скоплениями бактерий и одиночными бактериями, простейши­ми, червями, плесневыми грибами, дрожжами и редко - личинками насекомых, рач­ков, водорослями. Это сообщество называется биоценозом. Биоценоз активного ила представлен в основном двенадцатью видами микроорганизмов и простейших.

Анаэробные методы очистки протекают без доступа кислорода, их ис­пользуют главным образом для обезвреживания осадков.

Качество ила определяется скоростью его осаждения и степенью очистки воды. Крупные хлопья оседают быстрее, чем мелкие. Процесс биохимического окисления протекает интенсивнее в мелких, взвешенных хлопьях ила, так как при этом облегчается и ускоряется внутренняя диффузия органических примесей, т.е. диффузия их во внутриклеточном пространстве организмов. Именно по этой причине для эффектив­ности процесса активный ил должен систематически перемешиваться в сооружении очистки. Состояние ила характеризует иловый индекс, который представляет собой отношение объема неосаждаемой части активного ила к массе высушенного осадка после 30-минутного отстаивания. Чем хуже оседает ил, тем более высокий иловый индекс он имеет.

Биопленка растет на наполнителе биофильтра, она имеет вид слизистых обрас­таний толщиной 1-3 мм и более. Цвет ее меняется с изменением состава сточных вод от серовато-желтого до темно-коричневого. В биоценозе биопленки более расширен­ный видовой состав, чем в активном иле. Личинки комаров, мух, клещей поедают ак­тивный ил и биопленку и тем способствуют более рыхлой их структуре, что, в свою очередь, как уже было сказано выше, способствует большей эффективности очистки.

Показатель, характеризующий биохимическую деятельность биоценоза назы­вается биохимической активностью. Этот биохимический показатель зависит от со­става примесей в сточной воде, и является параметром, необходи­мым для расчета и эксплуатации очистных сооружений при биологической очистке. Этот показатель определяется как отношение БПК_ПОЛН /ХПК и колеблется в очень широком диапазоне для различных сточных вод. По биохимическому показателю производственные сточные воды делятся на четыре группы. Первая группа имеет са­мый высокий биохимический показатель выше. Именно эту группу составляют сточ­ные воды пищевой промышленности. Чем больше в сточной воде минеральных при­месей в сравнении с органическими, тем ниже биохимический показатель, и тем со­ответственно ниже биоразлагаемость сточных вод.

На эффективность биохимической очистки влияют ряд факторов:

- температура (20-30ºС);

- аэрация кислорода (количество растворенного в воде кислорода);

- присутствие в сточной воде биохимических элементов и их соединений (таких как N, P,K,Ca и другие).

В искусственных условиях очистку проводят в аэротенках или в биофильтрах.

Аэротенками называют железобетонные аэрируемые резервуары, в которых биохимическое окисление проходит по мере протекания через них смеси сточной во­ды и активного ила. Аэрация необходима для насыщения воды кислородом и поддер­жания ила во взвешенном состоянии.

Одна из схем биологической очистки с приме­нением аэротенка показана на рис.1.

Рис. 1. Схема биологической очистки сточных вод

Сточную воду направляют в первичный отстойник, куда для улучшения осаж-дения взвешенных частиц можно добавить избыточный активный ил из вторичного отстойника. При этом активный ил работает и как коагулянт, агрегирующий и осаж­дающий взвешенные примеси. Затем осветленная вода поступает в преаэратор-усреднитель, в который также направляется часть избыточного ила из вторичного от­стойника. В преаэраторе сточные воды усредняются, аэрируются в течение 15-20 мин и здесь происходит первичное окисление, т.е. очистка от наиболее легко окисляемых примесей. Кроме того, в преаэраторе извлекаются за счет сорбции активным илом ионы тяжелых металлов и другие токсичные вещества, неблагоприятно влияющие на процесс биохимического окисления.

Из преаэратора сточная вода поступает в собственно аэротенк, в котором про­исходит основной этап биохимического окисления. Перед аэротенком сточная вода должна содержать не более 150 мг/л взвешенных веществ (для этого и работает пер­вичный отстойник), температура сточной воды должна быть не ниже 20 и не выше 30°С, рН - в пределах 6,5-9. Время аэрации в аэротенке определяется расчетом: обычно принимается до 10, иногда до 20, но не менее двух часов.

После биохимического окисления в аэротенке вода с хлопьями активного ила (биомасса его в аэротенке увеличивается) поступает во вторичный отстойник, где ак­тивный ил отделяется в виде шлама и утилизируется, частично возвращаясь в преаэратор и в аэротенк, а основная масса избыточного ила используется в качестве удобрения на полях. Очищенная вода из вторичного отстойника собирается через вы­пускной лоток.