81.Биологическая очистка сточных вод. Поля фильтрации и орошения. Описание процесса биологической очистки

Очистку сточных вод биологическим методом проводят в аэробных (в присутствии растворенного в воде кислорода) и в анаэробных (в отсутствии растворенного в воде кислорода) условиях. Сообщество микроорганизмов представлено одними бактериями при очистке в анаэробных условиях. При очистке в аэробных условиях в сообществе микроорганизмов развиваются простейшие.

Среди бактерий в очистных сооружениях сосуществуют гетеротрофы и автотрофы, которые различаются по своему отношению к источнику углеродного питания. Гетеротрофы используют в качестве источника углерода готовые органические вещества и перерабатывают их для получения энергии и биосинтеза клетки. Автотрофные организмы потребляют для синтеза неорганический углерод, а энергию получают либо за счет фотосинтеза, либо за счет хемосинтеза при окислении ряда неорганических соединений [11].

На эффективность процессов биологической очистки влияют различные факторы. Считается, что оптимальная температура для аэробных процессов, происходящих в сооружениях биологической очистки, составляет 20-30 ºС, в этих условиях сосуществуют разнообразные и хорошо развитые микроорганизмы.

Кроме органического вещества дли жизнедеятельности мик­роорганизмов требуются минеральные биогенные элементы ( N, Р, К, Мg, Са, Nа, Сl., Fе и др.). Азот и фосфор являются ос­новными биогенными элементами и подлежат контролю. Для ориентировочных расчетов рекомендуется на каждые 100 г иметь в сточных водах 5 г азота и 1 г фосфора. Ос­тальные биогенные элементы не нормируются, так как обычно содержатся в сточных водах достаточных для микрофлоры количествах.

Для нормального функционирования микроорганизмов важ­ное значение имеет наличие в воде микроэлементов и факторов роста, витамины и другие соединения: тиамин, рибофла­вин, никотин, биотип, инозит, нафтенаты и другие факторы роста.

Биогенные элементы лучше усваиваются в форме тех соеди­нений, которые имеются в бактериальной клетке: азот в вос­становленном состоянии (NH₄⁺), фосфор в окисленном состоя­нии (соли фосфорных кислот). Недостаток азота тормозит био­химическое окисление загрязнения и приводит к образованию труднооседающего осадка. При недостатке фосфора интенсивно развиваются нитчатые бактерии. Это вызывает снижение ин­тенсивности роста биомассы, окисление органических веществ, сопровождаемое плохим уплотненном осадка [13].

Критерием степени пригодности биохимического окисления для обезвреживания органических загрязнений в сточных водах является биохимический показатель. Этот показатель опреде­ляется как отношение полной биохимической потребности в кис­лороде (БПК_полн) к химической потребности в кислороде (ХПК) [23].

Под показателем БПК понимается количество кислорода, из­расходованное за определенный период времени микроорганиз­мами на аэробное биохимическое окисление (разложение) не­стойких органических примесей в воде.

Химическая потребность в кислороде выражает количество кислорода, необходимое для окисления всех углеродсодержащих соединений до двуокиси углерода, серосодержащих до суль­фатов, азотсодержащих до нитратов, фосфорсодержащих до фосфатов. В стандартной методике определения ХПК в каче­стве химического окислителя используется бихромат калия Ка₂Сг₂О₇.

Биологические методы в последнее время находят все большее применение. Эти методы в отличие от физико-химических характеризуются достаточной простотой и эффективностью. Также биологические способы в отличие от физико-химических не вызывают вторичного загрязнения остатками вносимых в воду реагентов [8].

Биологическая очистка сточных вод нефтехимических предприятий

Биологическая очистка является одним из основных методов очистки сточных вод НХЗ как перед сбросом их в водоем, так и перед повторным использованием в системах оборотного водо­снабжения. Считается, что микроорганизмы способ­ны окислять все органические вещества, за исключением тех искусственно синтезированных, которым нет аналогов в приро­де. Интенсивность и последовательность окисления микро­организмами того или иного вещества зависят от многих фак­торов, но решающее влияние на эти процессы оказывает хими­ческое строение вещества. Наименее доступными источниками углерода являются вещества, не содержащие атомов кислоро­да, — углеводороды. Тем не менее, углеводороды в отсутствие в сточных водах в достаточном количестве других легко разла­гаемых источников питания также расщепляются микроорганиз­мами активного ила. Токсичные вещества, содержащиеся в сточных водах, можно разделить на два основных вида: ксенобиотики или органические токсиканты (пестициды, жиры, нефтепродукты, ПАВ, диоксины) и тяжелые металлы. Первые удаляются из очищаемой жидкости с помощью сорбции активным илом и последующей деградации ферментами, а также химическим окислением за счет аэрации иловой смеси. Иногда возможно сочетание нескольких способов. Тяжелые металлы извлекаются из загрязненных вод путем сорбции хлопьями ила. Сточные воды подвергают био­химической очистке как отдельно, так и в смеси с бытовыми, химически загрязненными и промливневыми сточными водами, прошедшими механическую или физико - химическую очистку. При биохимической очистке на одной пло­щадке городских и нефтесодержащих сточных вод следует пре­дусматривать две параллельные технологические линии очист­ных сооружений: первую - для нефтесодержащих сточных вод или их смеси с бытовыми сточными водами в соотношении не более 1:1, вторую — только для бытовых сточных вод. Подоб­ные решения позволяют предохранить комплекс сооружений биохимической очистки бытовых сточных вод в случае наруше­ния их работы по очистке нефтесодержащих сточных вод, а так­же снизить количество нефтепродуктов, сбрасываемых со сточ­ными водами в водоем.

Биологическая очистка может осуществляться как в естественных, так и в искусственных условиях. К сооружениям естественной очистки относятся:

1. Фильтрующие колодцы, используемые при расходе 1 м³ в сутки и менее, и фильтрующие кассеты - при расходе 0,5-6 м³ в сутки.

Использование в технологической схеме биологической очистки сооружений, расположенной в естественных условиях (фильтрующие колодцы и кассеты, поля подземной фильтрации), позволяет обеспечить одновременно глубокую очистку и обеззараживание стоков и не требует дополнительного устройства сооружений доочистки. Обследование около 50 систем показало, что вблизи правильно установленных и эксплуатируемых фильтрующих колодцев создается вполне удовлетворительная санитарная обстановка. На большинстве обследованных объектов даже в расстоянии 1-2 метров вокруг фильтрующего колодца не отмечалось загрязнения атмосферного воздуха и поверхности почвы. Результаты исследований экспериментальных установок показываю, что даже на расстоянии 0,8-1 метра от фильтрующих колодцев наблюдается значительное снижения загрязнении в сточных водах.

2. Поля подземной фильтрации - при расходе до 15 м³ в сутки и более.

3. Поля фильтрации - при расходе 1400 м³ в сутки и менее. В этих сооружениях, фильтрующей загрузкой являются естественные грунты, используемые непосредственно на месте (пески, супеси, легкие суглинки). В отличие от полей орошения исключают возможность выращивания на них сельскохозяйственных культур из-за больших объёмов проходящих через них сточных вод.

4. Фильтрующие траншеи, песчано-гравийные фильтры, применяемые при расходе 15 м³ в сутки и более. Оросительная и дренажная сеть этих сооружений положена в слое искусственной фильтрующей загрузки из привозного грунта.

5. Фильтрующие кассеты с пропускной способностью 0,5-6 м³ в сутки, применяемые в слабофильтрующих грунтах (суглинках) при коэффициенте фильтрации не менее 0,1 м³ в сутки.

6. Циркуляционные окислительные каналы (ЦОК) - при расходе 100-1400 м³ в сутки.

7. Биологические пруды с естественной или искусственной аэрацией - при расходе 1400 м³ в сутки. В биологических прудах, которые представляют собой искусственно созданные водоемы, для очистки сточных вод используются естественные процессы. Эти сооружения можно использовать и для глубокой очистки (доочистки) сточных вод, прошедших биологическую обработку [34].

В окислительных процессах, протекающих в биологических прудах, существенную роль играет водная растительность, которая способствует снижению концентрации биогенных элементов и регулирует кислородный режим водоема. Продолжительность очистки сточных вод в биологических прудах достаточно велика.