18. Биохимические методы очистки сточных вод (основные положения, факторы, влияющие на скорость биохимического окисления, аппаратурное оформление).

Биохимический метод применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитритов и др.) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности – органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода.

Основные показатели. Сточные воды, направляемые на биохимическую очистку, характеризуются величиной БПК и ХПК. БПК – это биохимическая потребность в кислороде, или количество кислорода, использованного при биохимических процессах окисления органических веществ за определенный промежуток времени, в мг О₂ на 1 мг вещества.

Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы(м/о) частично разрушают их, превращая в воду, СО₂, нитрит- и сульфат-ионы и др. Другая часть вещества идет на образование биомассы. Разрушение органических веществ называют биохимическим окислением. Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки СВ. Аэробный метод основан на использовании аэробных групп организмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура 20-40 °С. При изменении кислородного и температурного режима состав и число микроорганизмов меняются. При аэробной очистке м/о культивируются в активном иле или биопленке. Анаэробные методы очистки протекают без доступа кислорода; их используют главным образом для обезвреживания осадков. Состав активного ила и биопленки. Активный ил состоит из живых организмов и твердого субстрата. Живые организмы представлены скоплениями бактерий и одиночными бактериями, простейшими червями, плесневыми грибами, дрожжами, актиномицетами и редко – личинками насекомых, рачков, а также водорослями и др. Сообщество всех живых организмов, населяющих ил, называют биоценозом. Скопления бактерий в активном иле окружены слизистым слоем (капсулами). Такие скопления называются зооглеями. Они способствуют улучшению структуры ила, его осаждению и уплотнению По экологическим группам м/о делятся на аэробов и анаэробов, термофилов и мезофилов, галофилов и галофобов. При очистке промышленных сточных вод преобладают аэробные микробы. Бионаселение активного ила и биопленки представлен м/организмами разных систематических групп-бактерий, простейшие, грибы, водоросли, многоклеточные животные, черви, личинки и др Влияние различных факторов на скорость биохимического окисления. Скорость окисления зависит от концентрации органических веществ, равномерности поступления СВ на очистку и от содержания в ней примесей. При заданной степени очистки основными факторами, влияющими на скорость биохимических реакций, являются концентрация потока, содержание кислорода в сточной воде, температура и рН среды, содержание биогенных элементов, а также тяжелых металлов и минеральных солей

Доза активного ила зависит от илового индекса. Чем меньше иловый индекс, тем большую дозу активного ила необходимо подавать на очистные сооружения Для очистки следует применять свежий активный ил, который хорошо оседает и более устойчив к колебаниям температуры и рН среды. повышением температуры СВ скорость биохимической реакции возрастает. Однако на практике ее поддерживают в пределах 20-30 °С. Превышение указанной температуры может привести к гибели м/о. При более низких температурах снижается скорость очистки, замедляется процесс адаптации микробов к новым видам загрязнений, ухудшаются процессы нитрификации, флокуляции и осаждения активного ила. Для окисления органических веществ микроорганизмам необходим кислород, но они могут использовать его только в растворенном в воде виде. соединений биогенных элементов и микроэлементов: N, S, Р, К, Mg, Ca, Na, и др.Среди этих элементов основными являются N, P и К, которые при биохимической очистке должны присутствовать в необходимых количествах. Недостаток азота тормозит окисление органических загрязнителей и приводит к образованию труднооседающего ила. Недостаток фосфора приводит к развитию нитчатых бактерий, что является основной причиной вспуханий активного ила Очистка в природных условиях. Аэробные процессы биохимической очистки могут протекать в природных условиях и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Поля орошения. Это специально подготовленные земельные участки, используемые одновременно для очищения СВ и агрокультурных целей. Очистка СВ в этих условиях идет под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений. В почве полей орошения находятся бактерии, актиномицеты, дрожжи, грибы, водоросли, простейшие и беспозвоночные животные. СВ содержат в основном бактерии. Биологические пруды. Представляют собой каскад прудов, состоящий из 3-5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная СВ

Очистка в искусственных сооружениях. В искусственных условиях очистку проводят в аэротенках или биофильтрах.Очистка в аэротенках. Процесс очистки в аэротенке идет по мере протекания через него аэрированной смеси сточной воды и активного ила. Аэрация необходима для насыщения воды кислородом и поддержания ила во взвешенном состоянии. Аэротенк представляет собой открытый бассейн, оборудованный устройствами для принудительной аэрации.

В аэротенках-вытеснителях воду и ил подают в начало сооружения, а смесь отводят в конце его. Аэротенк имеет 1-4 коридора. В аэротенках-смесителях воду и ил вводят равномерно вдоль длинных сторон коридора аэротенка. Полное смешение в них СВ с иловой смесью обеспечивает выравнивание концентраций ила и скоростей процесса биохимического окисления. В аэротенки с рассредоточенной подачей СВ ее подают в нескольких точках по длине аэротенка, а отводят из торцевой части. Возвратный ил полностью подают в начало аэротенка. Эти аппараты занимают промежуточное положение между вытеснительными и смесительными.

Биофильтры – это сооружения, в корпусе которых размещается кусковая насадка (загрузка) и предусмотрены распределительные устройства для СВ и воздуха. В биофильтрах СВ фильтруется через слой загрузки, покрытый пленкой из микроорганизмов. М/о биопленки окисляют органические вещества, используя их как источники питания и энергии. Анаэробные методы обезвреживания используют для сбраживания осадков, образующихся при биохимической очистке производственных СВ, которые разрушаются анаэробными бактериями в процессах брожения.