Биохимические методы переработки техногенных отходов Часть 1. Биологи

характеристики активного ила: седиментация, зольность, флокуляция отдельных хлопьев;

разнообразные биологические процессы: денитрификация, гниение, пенообразование и т.д.

Неравномерность притока сточных вод негативно сказывается на работе вторичных отстойников, вызывая нарушение седиментационных свойств активного ила. Чем больше коэффициент неравномерности притока сточных вод на сооружении, тем меньше должны быть значения илового индекса.

Ориентировочно ожидаемую неравномерность притока сточных вод можно оценить на стадии проектирования сооружения, предусматривая возникновение возможных проблем, связанных

сосаждением активного ила, если в сточных водах:

1)высока доля инертных к биохимическому окислению веществ, содержащихся в сточных водах, характеризуемых показателем ХПК;

2)низкое содержание органических веществ, определяемых по БПК или ХПК в фильтрованной пробе;

3)дефицит азота или фосфора;

4)присутствие в больших количествах токсических и органических веществ, пестицидов, нефтепродуктов, металлов и др.;

5)кислая реакция среды сточных вод.

Перечисленные факторы влияют на процесс вспухания активного ила в результате нарушения его седиментационных свойств. При проектировании очистных сооружений для таких сточных вод необходимо предусмотреть наиболее совершенные конструкции вторичных отстойников.

При неравномерном притоке во вторичные отстойники сточных вод возникают гидравлические перегрузки, влияющие на процесс отстаивания активного ила.

Время отстаивания сточных вод во вторичных отстойниках составляет от 1,5 до 2,5 ч. Активный ил должен находиться во вторичных отстойниках не более 30–40 мин, с увеличением времени он слеживается, что приводит к ухудшению его качества.

181

Вотстойнике активный ил подвержен процессу гниения в результате его уплотнения и образования анаэробных условий. Высота уплотненного слоя в отстойнике, в зависимости от режима отгрузки осадка, может достигать 0,5–1,0 м.

Впроцессе эксплуатации вторичных отстойников необходи-

мо поддерживать оптимальную высоту слоя активного ила. В зимний период времени высота слоя ила может составлять 25 % от глубины отстойника, в летний – не более 10 %. Накопление слоя ила в отстойниках, превышающего оптимальную высоту, приводит к увеличению его концентрации и способствует избыточному выносу взвешенных веществ. Частый выпуск избыточного ила из отстойника и активная циркуляция возвратного ила приводят к повышению влажности избыточного ила и, следовательно, к необходимости увеличения объемов сооружений по обработке и утилизации осадка.

При извлечении ила из вторичного отстойника в количестве, превышающем оптимальное, в аэротенк поступает избыточный объем отстоенной жидкости, при извлечении меньшего количества ила – его много остается в отстойнике, что способствует снижению качества очищенной воды. Технологический режим работы вторичного отстойника и уровень нахождения в нем активного ила должен соответствовать данным, предусмотренным проектом. Эффективность работы вторичного отстойника зависит от соответствия реальной гидравлической нагрузки ее проектным значениям и равномерности ее распределения, а также от своевременного непрерывного и равномерного режима удаления осадка. Своевременность удаления осадка из отстойника контролируется по уровню уплотненного слоя с помощью специальных датчиков с фотоэлементами.

Оптимальную высоту слоя осадка можно контролировать по значениям дозы возвратного ила. Для каждого очистного сооружения доза возвратного ила, при которой обеспечивается минимальный вынос взвешенных веществ из вторичных отстойников, определяется экспериментально.

182

С целью оперативного контроля необходимо установить корреляционную зависимость между дозой возвратного ила по массе и дозой ила по объему, так как определение дозы возвратного ила по сухому веществу выполняется не чаще одного раза в сутки. Корреляционная зависимость между концентрацией возвратного

цедура, она может выполняться два или три раза в сутки. Полученными данными пользуются для принятия решений по отгрузке избыточного ила или по интенсивности циркуляции возвратного ила при эксплуатации вторичных отстойников.

Контролировать нагрузки по взвешенным веществам во вторичных отстойниках необходимо не только по значениям дозы возвратного ила, но и по концентрации активного ила в поступающих сточных водах в отстойники. В случае если оптимальная доза ила в жидкости, выходящей из аэротенка, составляет не более 1,5– 2,0 г/дм3, то вынос взвешенных веществ из вторичного отстойника при благоприятных условиях составит от 5 до 10 мг/дм3.

Контролировать работу вторичного отстойника необходимо по выносу взвешенных веществ, который при нормальной работе сооружения составляет не менее 10 мг/дм3, по влажности удаляемого осадка (при норме 99,4–99,7) и по содержанию растворенного кислорода, концентрация которого в отстойнике должна составлять не менее 2 мг/дм3. При соблюдении этого условия возвратный ил, поступающий в аэротенк, обладает активной окислительной способностью. В случае содержания кислорода во вторичном отстойнике менее критической концентрации 0,5 мг/дм3 происходит процесс гниения и вспухания ила в отстойнике, ухудшение качества возвратного ила и нарушение работы регенераторов.

Промышленные сточные воды с высокой концентрацией загрязняющих веществ в виде суспензий и коллоидов не полностью окисляются в аэротенках и адсорбируются активным илом, при

183

поступлении во вторичный отстойник с активным илом эти вещества продолжают окисляться в нем. При этом токсины и продукты метаболизма и анаэробного распада во вторичных отстойниках отводятся плохо, что приводит к загниванию ила.

Степень рециркуляции ила из вторичных отстойников в случае токсичных сточных вод должна определяться только скоростью оседания ила во вторичных отстойниках, что обеспечивает минимальный период нахождения активного ила в анаэробных условиях.

Время пребывания ила на дне радиального отстойника зависит от скорости движения скребкового устройства, расстояния между скребками по радиусу до илового приямка. Присутствие на днище периферийной части отстойника слежавшегося ила приводит к увеличению выноса взвешенных веществ следствие направленности потоков сточных вод к периферии отстойника.

В радиальном отстойнике осадок неравномерно накапливается на его дне в определенных зонах, что является причиной брожения и всплывания осадка, ухудшая свойства возвратного ила. В этом случае отстойник опорожняется, дно очищается от слежавшегося ила, а недостатки по возможности устраняются.

Основные факторы, вызывающие избыточный вынос взвешенных веществ из вторичных отстойников.

1.Гидравлические перегрузки, обусловленные повышением объема сточных вод, поступающих на очистку.

2.Несовершенство конструкции вторичных отстойников или неудовлетворительной их эксплуатацией.

3.Гидравлические пиковые нагрузки, возникающие в результате неравномерного поступления сточных вод на очистное сооружение.

4.Превышение удельных нагрузок на активный ил и неэффективное окисление органических веществ в аэротенках, приводящие к дополнительному окислению загрязняющих веществ во вторичных отстойниках, в которых из-за недостатка кислорода возникает загнивание активного ила, диспергированию его хлопьев и выносу ила из отстойников.

184

5. Присутствие токсических веществ в сточных водах, вызывающих дефлокуляцию хлопьев ила, блокировку дыхательных ферментов у микроорганизмов активного ила, что приводит к снижению качества очистки, увеличению поглощения кислорода илом и нарушению процесса отстаивания во вторичных отстойниках.

6.Недостаток кислорода в аэротенках и вторичных отстойниках, что снижает окислительную способность активного ила, способствует загниванию его во вторичных отстойниках, вспуханию и выносу из отстойников.

7.Перегрузка по массе взвешенных веществ во вторичном отстойнике, для ее снижения необходимо своевременно удалять ил из вторичных отстойников и постоянно поддерживать оптимальную концентрацию возвратного ила.

8.Образование слеживаемости ила на дне отстойника, возникающей в результате неровности днища отстойника, неудовлетворительной работы илососов, несвоевременного удаления ила, задержкой отгрузки его на утилизацию в случае отсутствия или экономии площадей иловых площадок.

9.Нарушение флокуляционных (нарушения процесса объединения хлопьев ила при отстаивании) и седиментационных (осаждаемость) свойств активного ила, характеризующихся иловым индексом (эти нарушения ухудшают органолептические свойства отстоенной воды), что вызывает вспухание ила в результате развития нитчатых форм организмов, увеличение выноса взвешенных веществ из вторичных отстойников. Факторы, влияющие на процесс седиментации активного ила, представлены в табл. 6.3 [1].

10.Всплывание ила на поверхность вторичных отстойников, вызванное процессом денитрификации во вторичных отстойниках на фоне глубокой нитрификации в аэротенках. Для предотвращения этого процесса и подавления нитрификации в аэротенках необходимо: снизить содержание кислорода; уменьшить концентрацию ила за счет увеличения объема избыточного ила и сокращения частоты выгрузки осадка из первичных отстойников.

185

Таблица 6.3

Факторы, влияющие на седиментационные характеристики активного ила

11. Образование пены на поверхности вторичных отстойников, характеризующейся высокой вязкостью, неприятным запахом и имеющей толщину слоя от 0,5 до 30 см; процесс пенообразования происходит в результате отсутствия первичных отстойников, сборников масел, нефтепродуктов, жиров. Для удаления пены необходимо использовать механические методы; использование пеногасителей нарушает процесс переноса кислорода к клеткам активного ила. Подавление пенообразования и задержание пены

вотстойнике с помощью водного гиацинта (Eichhornia crassipes) позволило улучшить качество сточных вод за счет фильтрующей способности мощной корневой системы и снизить запах [1].

Проблема утилизации избыточного активного ила, отгружаемого из вторичных отстойников, полностью не решена. Содержание большого количества патогенной микрофлоры, сохраняющейся

вактивном иле, требует проведения мероприятий по его обезвреживанию. Один из возможных путей обезвреживания ила – это заселение его дождевыми червями, которые ускоряют процесс окисления органики в иле и подавляют патогенную микрофлору.

Перед выпуском в водный объект сточная вода, прошедшая биокислитель, подвергается дезинфекции. С этой целью она хло-

186

рируется или озонируется. После обработки воды хлором она выдерживается в контактных резервуарах, в которых происходит гибель болезнетворных организмов.

В процессе очистки в аэротенке органические вещества сточных вод не деструктируют до конечных минеральных веществ, что является причиной повышения процесса эвтрофикации водного объекта и его вторичного загрязнения.

6.4. «Вспухание» активного ила

Основная причина «вспухания» активного ила на очистных сооружениях – присутствие нитчатых организмов [1]. Среди них обнаружено 47 видов микроскопических грибов, в том числе дрожжи. Некоторым видам грибов характерна сезонность, другие развиваются в течение всего года. Они способны расти всреде, неблагоприятной для других организмов (например, при дефиците кислорода), иуспешно конкурируют с ними. Большинство нитчатых бактерий родов Thiothrix, Beggiatoa, Shpaerotilus, Toxotrix и молочнокислые бактерии, являясь микроаэрофилами или анаэробами, даже при увеличении аэрации способны выживать, а при благоприятных условиях дляихразвития влияют напроцесс«вспухания» ила.

Систематическое описание нитчатых организмов, оказывающих влияние на «вспухание» активного ила в очистных сооружениях, дано Эйкельбумом. Он установил 26 типов организмов, ориентировочно разделенных на 7 групп:

1)организмы, образующие оболочку, грамотрицательные,

например, Sphaerotilus natans;

2)организмы, образующие оболочку, грамположительные;

3)сине-зеленые и подобные им, Lyngbya, Leucothrix, Thiothrix;

4)спиральные или кольцевые, очень мелкие (0,4–500 мкм, клетки до 1,8 мкм), Microthrix;

5)короткие прямые многоклеточные нити, длиной до 100 мкм, клетки приблизительно 1 мкм;

6)организмы, обладающие способностью скользящего дви-

жения: Beggiatoa, Flexibacter;

7)прочие, например, Flavobacterium.

187

Связь нитчатых организмов с другими может быть изучена при исследовании структуры биоценоза методом группового анализа. Этим методом были обработаны пробы со слизистыми пучками микроорганизмов в активном иле. Пучки образованы гифами грибов, нитчатыми бактериями, зооглеями с включением простейших и водорослей. Количественный учет организмов проводили с учетом частоты встречаемости организмов. С этой целью был использован способ средних связей в групповом методе взвешенных пар. Степень связей определяется с использованием коэффициента Жаккара, который определяется по формуле

где а, b, с – числа встречаемостей: a – видов X и Y вместе; b – вида X в отсутствие Y; c – вида Y в отсутствие X. Обнаружена сильная связь (коэффициент 0,85) между Srhaerotilus и зооглейными бактериями, которые толерантны к органическому загрязнению. У всех других организмов связи слабые. Связь с коэффициентом 0,41 существует между Tacysoma и Uronema (хищник-жертва); ме-

жду Flavobacterium и Sphaerotilus cвязь с коэффициентом 0,42 (Flavobacterium прикрепляются к нитям Sphaerotilus). Грибы и водоросли, обнаруживаемые в сточных водах, показывают очень низкие коэффициенты связи, практически не зависят от других организмов и встречаются в этих водах случайно. Структура биоценоза характеризуется еще логарифмическим индексом плотности видов. Илы, биоценозы которых имеют разнообразный видовой состав, обладают большей устойчивостью к очистке сточных вод.

Культуры водных грибов Fusarium solani и Fusarium oxyporum применялись при очистке промышленных сточных вод

с БПКполн до 4 мг/дм3 и рН 5–6. Очистка осуществлялась в две ступени. На первой ступени период аэрации составлял 24 ч и доза

ила 1,3 г/дм3. На второй ступени проводилась доочистка сточных вод с использованием активного ила, периодом аэрации 16 ч. В очищенной жидкости вынос ила не превышал 15 мг/дм3 [24].

188

В аэротенке биологические индикаторные организмы участвуют в биодеградации органических веществ, содержащихся

всточных водах. Свойства биоиндикторов основаны на биологических особенностях и их толерантности к абиотическим факторам среды. При этом трофические взаимоотношения между Protozoa и бактериями имеют решающее значение в процессе биохимической деструкции.

Вискусственной экосистеме аэротенка сукцессии биоценозов активного ила подчинены общим закономерностям. Начальная стадия деструкции органических веществ происходит под действием бактерий, которые играют ведущую роль. Важное значение

вочистке сточных вод также имеет микрофауна и на конечных этапах – ее хищники.

Основная группа простейших в аэротенках – Ciliata, потребляющая органическое вещество, опосредованное бактериями. Питаясь бактериями, простейшие организмы поддерживают численность популяций на низком уровне и стимулируют их рост в логарифмической фазе. При переходе от фазы загрязнения к очищению характерные сукцессии биоценозов переходят к замене зоофлагеллят свободноплавающими цилиатами и постепенно ползающими цилиатами, прикрепленными цилиатами, которые вытесняются многоклеточными.

Специфика биоиндикации процесса очистки сточных вод в аэротенке определяется экономикой технологии. Уровень метаболитических процессов биосистемы в аэротенке значительно ниже, чем в культуральных средах.

Индикаторы активного ила находятся в тесной связи с многими технологическими параметрами очистки и в результате этого должны использоваться для контроля работы аэрационных сооружений.

Биологические индикаторы должны применяться:

при оценке нагрузки на активный ил по органическим веществам;

выборе продолжительности аэрации;

оценке степени регенерации активного ила;

контроле за аэробной стабилизацией;

189

наблюдении за этапами созревания активного ила в пусковой период аэротенка;

выяснении необходимости многоступенчатой очистки;

контроле за процессами интенсивной очистки с использованием повышенных температур;

очистке высококонцентрированных сточных вод.

Вопросы для самоконтроля

1.Назовите систему, при которой происходит процесс биохимической очистки. При соблюдении каких условий ее работа устойчива и эффективна?

2.Дайте определение коэффициета зооглейности, биохимического показателя и их роли в биохимической очистке.

3.Какие факторы влияют на процесс агрегации бактериальных клеток активного ила?

4.Перечислите типы хлопьев активного ила, формирующихся в процессе биохимической очистки и дайте им характеристику.

5.Какие биотические факторы влияют на активный ил?

6.Перечислите организмы активного ила. Какова их роль

вбиохимической очистке сточных вод?

7.Назовите трофические уровни активного ила. Какие организмы в них входят и способы их питания?

8.Какую функцию выполняет активный ил? Какие экологические факторы определяют его развитие и структуру?

9.Охарактеризуйте три стадии процесса биохимической очистки в аэротенке.

10.Дайте определения динамическим изменениям в биоценозе активного ила в процессе очистки сточных вод.

11.Охарактеризуйте основные типы биоценозов активного ила в зависимости от деструкционного потенциала.

12.Какие критерии обеспечивают нормальное состояние экосистемы активного ила?

13.Назовите изменения микрофлоры активного ила, происходящие в результате стрессового антропогенного воздействия.

190