книги из ГПНТБ / Карюхина Т.А. Химия воды и микробиология учебник

§ 89. Небактериальное население илов и биопленки как индикатор процесса очистки

Небактериальное население илов и биопленки представлено следующими группами организмов; про­ стейшие, коловратки, черви, водные личинки и куколки насекомых, водные клещи, водные грибы. Многолетние наблюдения за работой очистных сооружений биологи­ ческой очистки, а также результаты исследований позво­ лили выявить, что микронаселение ила может служить индикатором его состояния' и условий существования, т. е. экологической обстановки.

Так, если в илах преобладают саркодовые и жгутико­ вые, а инфузорий и коловраток практически нет, это свидетельствует о неудовлетворительной работе соору­ жения. Преобладание ресничных инфузорий и коловра­ ток позволяет говорить о хорошей работе сооружения

иэффективно проходящем процессе очистки.

Внормально работающем иле обычно наблюдается большое разнообразие простейших, при этом нет коли­ чественного преобладания какого-либо одного вида. Все организмы подвижны, находятся в оживленном состоя­ нии; ил хорошо флокулирует и легко оседает.

Если питания для ила недостаточно, то наблюдается измельчение простейших, они становятся прозрачными, инфузории инцистируются. Вслед за инфузориями инцистируются коловратки. Вода над илом имеет мелкую, плохо оседающую муть.

Ил с избытком питания имеет малое разнообразие видов при количественном преобладании двух-трех из них. Появляются саркодовые, могут в больших количе­ ствах развиваться нитчатые бактерии. Вода над илом имеет опалесценцию.

Отклонения в составе ила появляются при поступле­ нии сточной воды другого состава или при недостатке кислорода в сооружении.

Количественная оценка организмов в иле произво­ дится путем подсчета числа особей каждого вида в определенном объеме капли (под микроскопом) с перево­ дом затем полученного результата на 1 мл смеси. Коли­ чество организмов в 1 мл изменяется от единично встре­ чающихся до нескольких сотен тысяч: ориентировочно можно считать, что «мало» организмов соответствует

170

1—10 тыс., «нормально», «заметно», «удовлетворитель­ но» — 10—100 тыс. и «много» — более 100 тыс. В аэротенках, работающих по принципу вытеснителя, по длине аэротенка количественная характеристика ила меняется. В вытеснителе ил и очищаемая вода подаются в начало аэротенка с последовательным вытеснением смеси за счет поступления новой порции ила и воды. Характер изменения количества организмов в аэротенке-вытесни- теле примерно соответствует изображенному на рис. 33.

Рис. 33.

Изменение числа организмов в ак­ тивном иле в зависимости от вре­ мени аэрации

После поступления новой порции питательных веществ количество всех видов организмов сначала увеличива­ ется, а затем уменьшается с уменьшением количества питательных веществ. Характер кривых этого рисунка весьма напоминает кривые роста бактериальных культур.

Микроскопирование активного ила выполняют еже­ дневно или через день, при этом анализируют ил из каждого работающего сооружения. По результатам мик­ роскопического анализа проводят те или иные техноло­ гические операции управления процессом очистки:- уве­ личивают или уменьшают концентрацию ила, расход воз­ духа, количество подаваемой воды.

§ 90. Основные технологические схемы сооружений для аэробных биологических процессов очистки

Простейшая схема очистки сточных вод в аэротенке показана на рис. 34. В данной схеме предель­ ная концентрация активного ила должна быть не более 1,5—2 г/л, так как вторичные отстойники обеспечивают полное осаждение ила только в том случае, если в посту­ пающей смеси его концентрация не превышает 2 г/л.

Указанные ограничения определяют и окислительную мощность сооружения, которая в этой схеме относи­ тельно невелика. Окислительная мощность определяется количеством загрязнений, снятых 1 г ила в сутки.

171

При резком изменении условий существования ила, например при поступлении очень больших количеств во­ ды, стоков иного состава пли стоков, содержащих токси­ ческие вещества, ил может погибнуть или же в нем нач­ нутся процессы перестройки состава, что отразится на качестве очистки воды.

ционный нл; 5—избыточ­ ный ил

Схема аэротенка с регенератором частично устраняет указанные недостатки (рис. 35). В такой схеме общая масса ила всегда выше, чем в простом аэротенке, при этом она тем больше, чем в меньшем количестве воды возвращается ил из вторичного отстойника в аэротепк и чем больше объем регенератора в общем объеме систе­ мы. Общая окислительная мощность этой системы выше,

чем простого аэротенка, во столько раз, во сколько выше общая масса ила.

Концентрация ила в регенераторе (до 6—7 г/л) лими­ тируется возможностью обеспечения в нем растворенно­ го кислорода не менее 1—2 мг/л.

Объем регенератора р. эксплуатационных системах занимает 25; 33,3 или 50% общего объема. Увеличение общей массы ила, соответствующее росту средней кон­ центрации ила в системе, а следовательно, и окисли­ тельной мощности сооружения, иллюстрируется табл. 9.

172

Т а б л и ц а 9

При высокой исходной концентрации органических загрязнений в воде, а также при наличии в воде веществ, скорость окисления которых различна, целесообразно применение двухступенчатой схемы (рис. 36).

В каждой ступени аэротснка развивается особое сообщество микроорганизмов, адаптированное к опреде­ ленным условиям процесса, т. е. к нагрузке по загрязне­ ниям и к их составу. Применение этой схемы по сравне­ нию с одноступенчатой дает выигрыш в объеме аэротенков около 15—25%- Устойчивость процесса очистки и дальнейшее снижение объема двухступенчатой систе­ мы достигается введением регенераторов в первую сту­ пень аэротенков.

Принципиальная схема аэротенка-отстойника, выпол­ ненного по типу аэроакселатора, показана на рис. 37.

Рис. 37. Аэроакселатор

ции; 4— отвод избыточного ила; 5 — от­ вод очищенной воды

В аэроакселаторах удается поддерживать концентрацию ила около 2—4 г/л. Возврат ила осуществляется самоте­ ком. Отсутствие перекачивания ила, т. е. отсутствие воз­ действия больших скоростей, в результате чего возмож­

173

имеющие в разрезе трапецеидальную форму, а в плане вид эллипса или более сложной фигуры. Аэрация осуще­ ствляется поверхностными щеточными аэраторами. Соо­ ружение выполняет сразу две функции — стабилизацию воды и стабилизацию ила. Во всех предыдущих схемах избыток ила сбрасывается из аэротенков на дальней­ шую обработку в сооружения анаэробной биологической очистки.

Разрушение клеточного органического вещества воз­ можно и в аэробных условиях. В результате окисления клеточного вещества ила, которое происходит с очень

Рис. 38.

Циркуляционный окислитель­ ный канал

малыми скоростями н требует нескольких суток аэра­ ции, получается ил, глубоко минерализованный, не за­ гнивающий на воздухе, легко отдающий влагу. Стабили­ зацию ила можно проводить и в аэротенках обычных конструкций, по при длительном времени аэрации.

Снабжение аэротенков кислородом — большая и сложная задача, являющаяся одной из важнейших с позаций экономической оценки процесса. При пневматиче­ ской аэрации в качестве аэраторов применяют пористые пластины, трубы или колпачки, дырчатые трубы, приме­ няют также аэраторы из ткани, натянутой на раму, и не­ которые другие.

Из механических аэраторов наибольшее признание получили длсковые и щеточные аэраторы.

I.

§ 91. Технологический контроль аэробных биологических процессов

Биофильтры. Основной технологической и расчетной характеристикой работы биофильтра являет­ ся нагрузка. Различают нагрузку по воде и по загряз­ нениям. Нагрузка по воде подсчитывается .по количеству

174

взвешенным веществам) представляет собой количество

Величина нагрузки (по воде и по загрязнениям) ха­ рактеризует тип биофильтра и его окислительную мощ­ ность. Допустимые пределы колебаний нагрузок для био­ фильтров разных типов, подсчитанные из условия обеспе­ чения полной биологической очистки воды, показаны в табл. 10.

В отчетах- о работе биофильтров показывают количе­ ство очищенной воды, качество поступающей и очищен­

анализируется 1 раз в 10 дней; количества воды и воз­ духа замеряются ежедневно.

Большое внимание уделяется качеству фильтрующе­ го материала, который исследуется на механическую прочность, химическую и антикоррозионную устойчи­ вость, на морозостойкость. При проведении этих иссле­ дований загрузочный материал подвергают давлению — примерно 1 кгс/см2, "кипятят в соленой кислоте, пропи­ тывают несколько раз насыщенным раствором Na2SC>4, подвергают действию холода. Материал признается год-

1,75

ным, если после всех испытаний он теряет в весе не бо­ лее 10% и не измельчается.

Эффективная работа биофильтра во многом зависит от равномерности распределения сточной жидкости по поверхности загрузки.

Одним из показателей неудовлетворительного состоя­ ния фильтра является заболачивание всей поверхности фильтрации или ее части. В качестве меры борьбы с за­ болачиванием применяют рыхление поверхности, про­ мывку струей воды под сильным напором, хлорирование загрузки большими дозами хлора. Постоянное заболачи­ вание является свидетельством перегрузки фильтра по загрязнениям. В этом случае эффективной мерой пред­ отвращения заиливания фильтра считается предвари­ тельное разбавление поступающей воды водой, прошед­ шей очистку. Этот прием, называемый рециркуляцией, снижает концентрацию загрязнений и одновременно при­

о количестве рециркуляционной воды и ее качестве. На­

работы аэротенков осуществляют путем систематически проводимых определений концентрации в воде раство­ ренного кислорода и дозы активного ила, а также микроскопирования активного ила.

Указанные определения выполняют для каждого рабо­ тающего аэротенка — раздельно для аэротеика и реге­ нератора. Сопоставление результатов определений позво­ ляет управлять процессом очистки путем поддержания нагрузок на ил по загрязнениям в пределах, оптималь­ ных для требуемой эффективности очистки воды н глу­ бины окисления (минерализации) ила.

Один раз в 10 дней выполняют полный санитарно-хи- мический анализ поступающей и очищенной воды. Коли­ чество очищаемой воды и подаваемого воздуха фиксиру­ ется непрерывно в течение всего периода работы соору­ жения.

В отчетной ведомости о работе аэротенков, кроме ре­ зультатов прямых определений, показывают ряд расчет­ ных параметров. Так, рассчитывают нагрузку на ил по загрязнениям (по БПК5, БПКдолн и взвешенным вещест-

176

в сутки. Для подсчета этой величины периодически опре­ деляют зольность ила. Как и при характеристике рабо­

в том, что в величину нагрузки входит количество подан­ ных загрязнений, а в величину окислительной мощно­ сти— количество снятых загрязнений. Окислительная мощность ила, отнесенная к 1 ч, называется скоростью окисления. Скорость окисления—основной расчетный па­ раметр аэротенка. Иногда рассчитывают величину, кото­ рая называется «возрастом ила», — число суток, за кото­ рое происходит полная смена ила в системе. При рас­ чете возраста ила исходят из того предположения, что вновь образующийся ил (за счет изъятых из воды за­ грязнений) остается в аэрациониой системе, а равное этому приросту количество старого ила удаляется из

ила. Отношение 100/л; и есть время замены старого ила новым. Оценка состояния аэрациониой системы по это­ му показателю аналогична оценке по показателям на­ грузки на ил.

Количество воздуха, подаваемого в сооружения, оце­ нивают по отношению к количеству очищенной воды точ­ но так же, как это делается для биофильтров, и, кроме того, рассчитывают количество воздуха, затраченного на снятие 1 кг БПК.

Качество очищенной воды во многом зависит от пол­ ноты удаления из нее ила, что осуществляется путем от­ стаивания смеси ила и очищенной воды во вторичном от­ стойнике.

Вторичные отстойники во многом конструктивно ана­ логичны первичным. Они удовлетворяют предъявляе­ мым к ним требованиям по интенсивности процесса от­ деления ила от очищенной воды, если ил имеет хорошие седиментационные свойства, которые описываются вели­ чиной, называемой индексом ила. Объем осевшего в ци­ линдре за 30 мин нла, отнесенный к 1 г сухого вещества, и есть индекс ила.

В аэротенках, работающих на полную очистку, ин­ декс ила обычно бывает 60—120 мл/г. Если же индекс . ила достигает величин выше 150 мл/г, то говорят о «вспу­ хании» ила. Вспухший ил интенсивно очищает воду, но плохо отделяется от нее, чем осложняется эксплуатация отстойников. Достичь в этом случае требуемого качест­ ва воды не удается, так как наличие неоседающей мел­ кой фракции легкого ила приводит к повышению коли­ чества остаточной взвеси сверх допустимых норм. При полной биологической очистке остаточное количество взвеси в воде составляет не более 10—20 мг/л. Если же происходит вспухание ила, то его вынос с очищенной во­ дой приводит к повышению количества взвеси до 50 мг/л п более.

При эксплуатации аэротенков большое внимание уде- ' ляется распределению воздуха. Наиболее широко при­ меняемые в качестве аэраторов фильтросные пластины при монтаже аэротенка должны быть маркированы. В от­ сек канала, работающего от одного воздушного стояка, должны укладываться пластины с одинаковой проницае­ мостью, т.е. с близкими величинами потерь напора. В пе­ риод эксплуатации пластины засоряются, частично за­ иливаются и теряют способность пропускать и дисперги­ ровать воздух. Пластины очищают механохимическим способом. Специальные жесткие щетки, смоченные раст­ вором кислоты, снимают тонкий поверхностный слой пластины, в результате чего первоначальные свойства • восстанавливаются, но не полностью, так как загрязне­ ния, проникшие в глубь пластины, удалить не удается.

Вторичные отстойники. Работу вторичных отстойни­ ков контролируют и оценивают во многом так же, как и первичных отстойников. В период эксплуатации фикси­ руют время отстаивания, концентрацию ила в смеси, по­ ступающей на отстаивание, вынос активного ила с очи­ щенной водой, указывают концентрацию и количество по объему и по весу возвратного и избыточного ила (уда­ ляемого прироста ила) и его распределение по соору­ жениям.

Избыточный ил из вторичных отстойников направля­ ют в илоуплотнители — специальные отстойники, где в результате длительной седиментации ила в течение 12— 15 ч он уплотняется с начальной концентрации 4—7 до 25—35 г/л. Затем уплотненный ил перекачивается в метантенки. Характеристика и контроль работы уплотните-

179

ля производятся так же, как и вторичных отстойников. Часть избыточного ила используют для интенсификации процессов первичного отстаивания воды. Хлопья ила, имеющие развитую поверхность, обладают большой сорбционной способностью. Добавка ила в первичные отстой­ ники позволяет за счет процессов сорбции и соосаждения повысить эффективность отстаивания по удалению взве­ шенных веществ и загрязнений, фиксируемых величиной

Рис. 39.

Сооружения биологиче­ ской очистки (варианты

а и б)

/ — сооружения механиче­

— 1

ак/7)а8пый ил

БПК, на 10—30%. Биопленка, удаляемая с очищенной водой, после отделения ее во вторичных отстойниках до­ полнительного уплотнения не требует. Концентрация биопленки после отстойника составляет 40—60 г\л. В таком состоянии биопленку направляют в метантенки.

Описанные основные системы сооружений биологи­ ческой очистки схематично показаны на рис. 39.

Г л а в а XII

ДЕЗИНФЕКЦИЯ. ДООЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

§ 92. Дезинфекция очищенных сточных вод

В практике очистки сточных вод дезинфекцию

осуществляют теми же приемами и средствами, что и при очистке природных вод. Наиболее часто применяют хлорирование газообразным хлором, а на станциях производительностыб до 1000 м3/сутки допускается исполь­ зование хлорной извести.