Биохимические методы переработки техногенных отходов Часть 1. Биологи

использован возвратный ил с городских БОС с начальной концентрацией 1,5 мг/дм3, который первоначально был адаптирован к сточным водам, содержащим биологически легкоокисляемые органические вещества, и наращен до концентрации 2,0 г/дм3. После адаптации активного ила к легкоокисляемым сточным водам содержание их постепенно снижали с одновременным увеличением органических веществ в сточных водах до ХПК до 220 мг/дм3. Характеристика активного ила представлена в табл. 4.2 [8].

Таблица 4.2

Характеристика активного ила из хозяйственно-бытовой воды и легкоокисляемой органики

Микрофлора активного ила представлена прикрепленными инфузориями вида Opercularia coarctata, ресничными инфузориями Colpoda steini, единичными особями коловраток Callidina vorax и бесцветными жгутиковыми Oicomonas socialis. Хлопок активного ила компактный, зооглейный. Ил оседал быстро, надосадочная жидкость прозрачная.

Дальнейшая адаптация активного ила к пусковому потоку сточных вод проводилась в аэротенке-смесителе.

В промышленном аэротенке после его заполнения исходная концентрация ила составила 0,12 г/дм3. Концентрации органических веществ в результате адаптации активного ила к сточным водам снижалась по ХПК с 900 до 104 мг О2/дм3. Концентрация активного ила увеличилась до 0,9 г/дм3. Микробиологическая ха-

81

рактеристика свидетельствовала о формировании плотного хлопка активного ила и нормальной адаптации его к сточным водам. Процесс окисления органических веществ к сточным водам подтверждался снижением ХПК до 90 %. Полученные устойчивые показатели адаптации активного ила и снижение органических веществ в сточных водах позволили вывести аэротенк на проточный режим работы.

4.3. Краткое описание процесса биохимической очистки смесевого потока сточных вод

на примере химического производства

Санитарно-химическая характеристика промышленных сточных вод, поступающих на биохимическую очистку, и краткое описание технологического процесса даны на примере химического предприятия.

Сточные воды химических заводов, выпускающих большое количество наименований различных видов продукции, относятся к категории наиболее загрязненных. При направлении их на биохимическую очистку необходимо установить степень биоразлагаемости состава сточных вод отдельных производств с целью выбора смесевого потока, который может быть направлен на биохимическую очистку. Предварительно в смесевом потоке сточных вод определяются санитарно-химические и микробиологические показатели, анализируемые в соответствии со стандартными методиками.

Перед пуском очистного сооружения наращивается и адаптируется к сточным водам активный ил и проводится его анализ.

Санитарно-химическая характеристика смесевого потока сточных вод представлена в табл. 4.3 [8].

Технология биохимической очистки является многоступенчатым процессом. Сущность технологического процесса биохимической деструкции органических веществ, содержащихся в смесевом потоке, заключается в их взаимодействии с микрофлорой активного ила в аэротенке, в который подается аэрация воздухом. В первом и половине второго коридора аэротенка актив-

82

Механизм биохимической деструкции органических веществ в сточных водах сложен и недостаточно изучен.

Весь процесс деструкции может быть разделен условно на три стадии:

1.Массопередача органического вещества из жидкой среды

кповерхности клетки (адсорбция его активным илом).

2.Диффузия веществ через мембраны клетки.

3.Метаболизм диффундированных веществ с выделением энергии и синтезом конструктивных элементов клетки.

В результате жизнедеятельности микроорганизмов непрерывно увеличивается прирост биомассы активного ила.

Процесс биохимического окисления рассмотрен на примере очистки смесевого потока промышленных вод химического производства в пусконаладочный период работы сооружения.

Санитарно-химические показатели работы сооружения представлены в табл. 4.4 [8].

Таблица 4.4

Санитарно-химический состав сточных вод химического завода

Анализ результатов работы сооружения показал, что в процессе биохимического окисления не окисляются сульфиды. Содержание сульфатов в очищенной жидкости достигает 1,5 г/дм3. Процесс аммонификации протекает эффективно. Содержание аммонийного азота в очищенной жидкости увеличивается в два раза. Вторая фаза нитрификации заторможена. Количество взвешенных веществ в очищенной воде уменьшилось с 3 до 12 раз. Показатели

очистки сточных вод по ХПК – 76,35 %, по БПКполн – 98,4 %. Характеристика активного ила дана в табл. 4.5 [8].

В процессе очистки концентрация активного ила увеличивалась до 4,1 г/дм3. В результате очистки значения илового индекса не возрастали. Полученные величины зольности и ХПК в результате биохимического окисления практически не изменялись.

Микроскопические исследования показали, что зооглеи активных илов плотные и компактные. Простейшие организмы представлены видами: свободноплавающими – Colpoda steini,

Glaucoma periformis, Oxуtrichia pelionella и прикрепленными – Vorticella convallaria, Opercularia glomerata, Epistуlis plicatilis.

В активном иле постоянно присутствовали простейшие вида

Centropixis laevigata и круглые черви Nematodes.

В пусконаладочный период очистки сточных вод происходило снижение реакции среды в очищенных водах до рН 5,43, что способствовало появлению в активном иле микроскопических

85

грибов, которые исчезали при подщелачивании сточных вод до рН 9,0–9,5.

В активном иле были обнаружены сапрофитные бактерии ви-

дов: Bacillus megatherium, Pseudomonas fluorescens, Mуcobacterium mucosum.

Из активных илов были выделены бактерии, участвующие в процессе нитрификации Nitrosomonas и Nitrobacter. Слабое развитие Nitrobacter указывало на заторможенность второй фазы нитрификации.

Вопросы для самоконтроля

1.Какие предварительные исследования необходимо провести при поступлении промышленных сточных вод в аэротенк?

2.Назовите органические соединения, подверженные микробиологической деструкции.

3.От какого фактора зависит скорость биохимической деструкции органических веществ в промышленных сточных водах?

4.Какому соотношению должно соответствовать содержание органических веществ, обладающих эффектом суммации? Назовите его значение.

5.Какие научные исследования поэтапно должны быть проведены при разработке технологии биохимической очистки промышленных сточных вод?

6.Какие способы существуют для наращивания активного ила – источника аэробной микрофлоры?

86

Модуль IV ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКОСИСТЕМЫ АЭРОТЕНКА.

БИОХИМИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В АЭРОТЕНКЕ

Представлена характеристика искусственной экосистемы активного ила в аэротенке, ее состав, специфичность, своеобразие, функции и экологические факторы, определяющие ее развитие. Приведены стадии и сущность процесса деструкции органических веществ в аэротенке.

Рассмотрены основные причины и мероприятия по ликвидации нарушений процесса биохимической очистки. Дана оценка эффективности работы биохимического очистного сооружения и проанализированы методы его контроля. Рассмотрены взаимоотношения организмов-индикаторов активного ила с техническими параметрами очистки. Охарактеризовано качество биохимической очистки по состоянию активного ила.

Глава 5 ЭКОСИСТЕМА БИОХИМИЧЕСКОГО ОЧИСТНОГО

СООРУЖЕНИЯ

5.1. Экологический подход к изучению биосистемы биохимического очистного сооружения

Аэрационные биохимические сооружения, в частности аэротенки, представляют особую экосистему со специфичными биоценозами микроорганизмов, которые являются не только индикаторами качества очищаемых сточных вод, но и характеризуют состояние активного ила.

Экологический подход к изучению биосистемы очистных сооружений предполагает знание биологии организмов активного ила и их функциональную роль в процессе очистки сточных вод различных производств.

Впроцессах биохимической очистки сточных вод и при самоочищении водных объектов действуют одни и те же биохимические закономерности. Условия экосистемы очистного сооружения определяются экономикой: особенностью его конструкции, эффективностью очистки сточных вод, толерантностью активного ила к высоким нагрузкам по органическому веществу и токсикантам, объемам и свойствам получаемого осадка.

Вусловиях аэротенка микроорганизмы растут с небольшой скоростью, поэтому обмен веществ протекает с невысокой интенсивностью, характерной для покоящихся бактерий. При изучении биологических закономерностей в биохимической очистке сточных вод необходимо учитывать специфичность и своеобразие биоценозов в очистном сооружении.

При эксплуатации сооружений биохимической очистки необходимо учитывать, что экосистема активного ила может работать устойчиво и эффективно только при соблюдении постоянного состава загрязнителей, содержащихся в сточных водах. Про-

89

цесс адаптации микробиологического ценоза к новому составу сточных вод может продолжаться многие месяцы.

Сточные воды промышленных предприятий, поступающих на очистку, могут содержать высокие концентрации органических веществ, а поступление токсикантов резко колеблется во времени из-за возможных залповых сбросов, что вызывает гибель активного ила и полное прекращение процесса биохимической очистки. С целью предотвращения нежелательных последствий в процессе биохимической очистки сточных вод необходимо использовать различные методы их предочистки.

Проблема биохимической очистки промышленных сточных вод от органических веществ по своей сути является экологической, но качество и объемы очищаемых вод определяются степенью совершенства инженерных конструкций сооружения.

5.2. Биогенность активного ила

Изучение видового состава биоценозов необходимо для составления карт микробных популяций активных илов и выделения видов, которые необходимо адаптировать для очистки определенного состава сточных вод.

Активный ил – это искусственно созданная антропогенная экосистема.

Биохимическая деструкция органических веществ сточных вод осуществляется активным илом, представляющим сложный биоценоз, в состав которой входят различные представители микрофлоры и микрофауны.

Биоценоз активного ила формируется в зависимости от состава промышленных сточных вод и субстрата, взятого в качестве источника микрофлоры. Основу биосистемы активного ила как по массе, так и по значимости в процессе биохимической очистки составляют бактерии в виде хлопьевидных скоплений различной формы и консистенции, окруженных слизистым слоем – зооглеями [6]. Зооглейные илы обладают хорошими физическими характеристиками (структура, оседание, уплотняемость), высокой фер-

90