Биохимические методы переработки техногенных отходов Часть 1. Биологи

Глава 2 ХАРАКТЕРИСТИКА СТОЧНЫХ ВОД,

НАПРАВЛЯЕМЫХ НА БИОХИМИЧЕСКУЮ ОЧИСТКУ

Природа и концентрация загрязняющих веществ в сточных водах зависят от источника. Сточные воды, поступающие на биохимическую очистку, в зависимости от их происхождения и состава подразделяются на хозяйственно-бытовые и промышленные.

2.1. Хозяйственно-бытовые сточные воды

Хозяйственно-бытовые сточные воды образуются при приготовлении пищи, мытья посуды, уборки помещений, из санитарных узлов, прачечных, ванн и бань. Бытовые воды имеют сложный и непостоянный состав, различие которого менее выражено по сравнению с промышленными сточными водами. Количество загрязнений, поступающих в канализацию, зависит от численности населения города или промышленного района, длины городского коллектора, температуры сточных вод, концентрации растворенного кислорода и других факторов.

Бытовые сточные воды обычно содержат более 99 % воды, более 300 мг/дм3 суспендированных твердых веществ и около 500 мг/дм3 летучих веществ. Большая часть суспендированных твердых веществ имеют целлюлозную природу. К другим загрязняющим органическим веществам относятся жирные кислоты, углеводы и белки, при разложении которых в анаэробных условиях образуется неприятный запах. Неорганические вещества, содержащиеся в сточных водах, – песок, глина, частицы руды, шлака, мела, минеральные соли и масла и др. – используются человеком для различных хозяйственных целей.

В бытовых сточных водах присутствуют различные микроорганизмы: бактерии, дрожжи, плесневые грибы, мелкие водоросли, вирусы, яйца гельминтов. Эти воды являются опасными в эпидемиологическом отношении, так как содержат патогенные организмы, вызывающие самые различные кишечные заболевания [3].

31

Хозяйственно-бытовые сточные воды имеют высокий биохимический показатель (биоразлагаемость), который является критерием степени микробиохимической деструкции органических веществ, содержащихся в сточных водах. Биохимический показа-

тель определяется отношением БПКполн к ХПК. Этот показатель в хозяйственно-бытовых водах обычно не бывает ниже 0,5, по-

этому эти сточные воды являются биологически окисляемыми. Характерные составы хозяйственно-бытовых сточных вод представлены в табл. 2.1– 2.3 [3].

Таблица 2.1

Характеристика физико-химического состава хозяйственно-бытовых сточных вод

Окончание табл. 2.1

Хозяйственно-бытовые сточные воды используются для наращивания и адаптации активного ила с целью их биохимической очистки и промышленных сточных вод.

Хозяйственно-бытовые сточные воды имеют сложный и непостоянный состав, но эти различия менее выражены по сравнению с промышленными сточными водами. В летние месяцы концентрация основных компонентов хозяйственно-бытовых вод меньше, чем в зимние. При повышении температуры интенсивность процесса биохимического окисления усиливается.

Таблица 2.2 Содержание металлов в хозяйственно-бытовых сточных водах

33

Таблица 2.3

Микроорганизмы, содержащиеся в хозяйственно-бытовых сточных водах

Микробные ценозы, деструктирующие органические вещества в хозяйственно-бытовых водах, характеризуются относительно постоянным составом. При окислении этих сточных вод редко образуются формы микробов, измененные в биохимическом отношении. Микробные популяции относятся преимущественно к мезофиллам, имеющим низкий температурный оптимум роста (20–35 °С), при повышении которого рост и развитие микроорганизмов угнетается. Хозяйственно-бытовые сточные воды являются наиболее дешевым источником биогенных элементов для микроорганизмов.

2.2. Промышленные сточные воды

Сточные воды промышленных предприятий образуются в разультате использования воды в технологических и технических процессах. Технологическая вода служит растворителем реаген-

34

тов и участвует в химических и биохимических реакциях. Техническая вода является теплоносителем, охлаждающим продукты переработки, а также средой, поглощающей растворенные примеси при мойке, обогащении и очистке сырья или продукта. Охлаждающая оборотная вода отводит до 45–50 % общего количества тепла, нагревается в холодильно-конденсационной аппаратуре до 20–70 °С и загрязняется продуктами переработки, реагентами, газами, солями и т.д.

Промышленные сточные воды разнообразны по своему составу, который зависит от конкретного производства и в каждом случае требует индивидуальных способов очистки.

Сточные воды промышленных предприятий содержат различные многокомпонентные органические соединения: нефтепродукты, фенолы, жирные кислоты, различные углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны, эфиры, азот- и серосодержащие соединения, поверхностно-активные вещества и др. По дисперсному состоянию загрязнения подразделяются на мелковзвешенные, коллоидные и растворимые в воде. Нерастворимые вещества присутствуют в виде взвеси с частицами более 0,1 мм или суспензии или эмульсии с частицами менее 0,1 мм и не более

0,1 мкм.

Основными компонентами минеральных веществ промышленных сточных вод являются соединения Fe, Ca, Mg, Na, K, карбонаты, хлориды, сульфаты и др. Содержание катионов и анионов колеблется в зависимости от источников водоснабжения промышленных предприятий и технологии производства.

Промышленные сточные воды характеризуются общим числом бактерий в единице объема воды и содержанием различных физиологических групп микроорганизмов, способных окислять нефть, нефтепродукты, углеводороды, фенолы и др. В этих водах не должны присутствовать патогенные микроорганизмы. Инфицированными являются сточные воды кожевенных заводов, меховые фабрики, мясокомбинаты. В эпидемиологическом отношении

35

опасны хозяйственно-фекальные сточные воды, с которыми смешиваются промышленные воды при совместной очистке. Фекальное загрязнение определяется при помощи показателей: колититра и коли-индекса.

Бактериологический анализ устанавливает присутствие в промышленных сточных водах микроорганизмов-деструктантов органических веществ и бактерий, указывающих на необходимость использования методов для обеззараживания воды.

Промышленные сточные воды имеют большую минерализацию и низкую биоразлагаемость по сравнению с хозяйственнобытовыми водами.

Характеристика степени биоразлагаемости органических веществ в сточных водах, поступающих с различных установок и производств на биохимическую очистку, представлена в табл. 2.4 [3].

Для расчета промышленных очистных сооружений и режима их эксплуатации необходимо знать биохимический показатель сточных вод.

Биохимическая очистка может применяться только в тех случаях, когда необходимо очистить сточные воды от органических соединений, и не имеет смысла при удалении неорганических загрязнений.

По сравнению с хозяйственно-бытовыми водами промышленные сточные воды имеют низкий биохимический показатель (в среднем от 0,05 до 0,3) и без предварительной очистки плохо подвергаются биохимической деструкции. В зависимости от биохимического показателя, концентрации органических веществ, их токсичности и методов водоподготовки воды для биохимической очистки промышленные сточные воды подразделяются на четыре группы [3].

36

Таблица 2.4

Биоразлагаемость органических веществ, содержащихся в сточных водах, поступающих с различных установок и производств на биохимическую очистку

К первой группе с биохимическим показателем выше 0,2 относятся сточные воды с установок и производств: прямой перегонки нефти, гидрогенизационной очистки и платформинга, гидратации непредельных углеводородов, окисления, изомеризации углеводородов, пиролиза; производства нафтеновых и синтетических жирных кислот, белково-витаминных концентратов, а также сточные воды от дрожжевых, пивоваренных, крахмальных, сахарных заводов, предприятий пищевой промышленности и хозяйст- венно-бытовые сточные воды. Органические вещества, входящие в состав сточных вод вышеперечисленных производств, не токсичны для микрофлоры активного ила и после механической и физико-химической очистки могут использоваться для разбавления сточных вод второй и третьей групп.

Во вторую группу с биохимическим показателем 0,1–0,02 входят сточные воды от установок крекинга, риформинга, коксования, производства битума, смазок, присадок, алкилирования, а также сточные воды заводов с биохимическим показателем 0,02–0,2: азотно-туковых, коксохимических, газосланцевых и содовых. Все перечисленные сточные воды проходят механическую и физико-механическую очистку.

Сточные воды первой и второй групп относительно постоянны по характеру и расчетному расходу загрязняющих веществ. Они составляют около 90 % от общего количества рекламационной воды, потребляемой промышленностью. Эти сточные воды пригодны для использования в системах оборотного водоснабжения.

Третья группа с биохимическим показателем 0,01–0,001 объединяет сточные воды от установок карбамидной депарафинизации, фракционирования газов, сульфирования, хлорирования, производства масел и поверхностно-активных веществ. Эти сточные воды после локальной, механической и физико-механической очистки могут быть использованы для биохимической деструкции. К этой же группе относятся сточные воды сернокислых заводов, предприятий черной металлургии, тяжелого машинострое-

39

ния, рудообогатительных фабрик, свинцовых, цинковых, никелевых руд.

Сточные воды третьей группы образуются периодически, отличаются изменяющейся концентрацией загрязняющихся веществ, устойчивых к биохимическому окислению. Содержащие в сточных водах данной группы вещества обладают повышенной растворимостью в воде и непригодны для оборотного водоснабжения. К этой группе относятся различные залповые и аварийные сбросы сточных вод.

К четвертой группе с биохимическим показателем ниже 0,001 относятся сточные воды углеобогатительных и рудообогатительных фабрик кварцевых и марганцевых руд. Основными загрязнениями являются взвешенные минеральные вещества и мелкие частицы пустой породы, для которых необходима механическая очистка.

Вопросы для самоконтроля

1. На чем основан метод биохимической очистки сточных

вод?

2.Какими процессами обеспечивается механизм деструкции органических веществ в процессе очистки сточных вод?

3.В каких случаях считается возможным перенос органического вещества в микробиологическую клетку в процессе его деструкции?

4.Назовите два основных процесса механизма очистки сточных вод, которые происходят на всех биохимических сооружениях.

5.Назовите экосистему, которая осуществляет процесс биохимической очистки сточных вод в аэротенках.

6.Охарактеризуйте процессы естественной и искусственной очистки водного объекта и сточных вод.

7.Какова последовательность фаз самоочищения, происходящие в естественных и искусственных условиях?

8.Назовите факторы, влияющие на процесс искусственного самоочищения.

40