книги из ГПНТБ / Очистка промышленных сточных вод

теяка. Подача стока должна быть прекращена, аэрация временно приостановлена, отстоенная жидкость над осевшим илом слита и добавлена разбавляющая вода. Затем аэрацию следует возобновить и усилить, а также добавить питательные вещества (например, бытовые сточные воды). Только после восстановления нормаль ного состояния ила можно начинать подачу сточных вод,

постепенно повышая их концентрацию.

Качество активного ила определяется также скоро­ стью его оседания и степенью осветления очищаемой жидкости. Крупные хлопья ила оседают скорее, ^ чем мелкие, захватывая при этом взвешенные в сточной во­ де загрязнения. В связи с этим принят еще один показа­ тель, характеризующий состояние активного ила ило­ вой ’индекс. Он представляет собой отношение объема осаждаемой части активного ила {мл) к весу этого вы­ сушенного осадка (з) после отстаивания в течение 30 мин. Плотная часть ила высушивается до постоянно­ го веса. Чем хуже оседает ил, тем более высокий индекс он имеет [133]. Нормальная работа аэротенка характе­ ризуется еще наличием в активном иле 8—И°/о мертвых клеток; при нарушении эксплуатации количество таких

клеток может достигнуть 70—80% [83].

Ранее при биологической очистке сточных вод воз­ раст активного ила не принимали во внимание. Полная биологическая очистка осуществлялась старым актив­ ным илом двадцатидневного возраста в больших очист­ ных сооружениях. Аэрация продолжалась длительное время, расход воздуха был велик и использование очень старого ила приводило к слизеобразованию, вспуханию, замедленному и несовершенному осаждению.

В настоящее время за границей распространен метод очистки сточных вод молодым активным илом. В США аэротенки работают с активным илом трехдневного возраста с концентрацией 1,5—2 г/л, а в странах Западной Европы на таких же установках концентрация

191

ила двухдневного возраста повышена до 8 г/л [158]. Ил двух-, трехдневного возраста применяется при пол­ ной очистке, а при частичной возраст ила составляет

6—24 ч.

Измененные по сравнению с классическим методом условия биологической очистки придают молодому активному илу новые биологические и физические свойства. Микроорганизмы молодого активного ила представлены в основном бактериями и небольшим коли­ чеством простейших. По данным американских исследо­ вателей [157], этот активный ил очень вынослив к коле­ баниям температуры в пределах 10—30° С на протяжении 12 ч (pH = 5-M l). Несмотря на то, что молодой активу“ ный ил имеет мелкие хлопья, он быстро и хорошо осе­

вании молодого активного ила стало возможно умень^ шение размеров аэротенков, в частности глубины их до

2,5—3 м.

Простейшие, входящие в состав активного ила, ме­ нее выносливы к низкой температуре, чем бактерии в таких же условиях. Часть организмов исчезает из актив­

оптимальных пределах для биологической очистки (уско­ ряет процесс ^разложения органических загрязненных

сточных вод в 2—3 раза.

Организмы, населяющие биопленку и активный ил, даже относящиеся к одному виду, обладают различной чувствительностью к загрязнениям. Stylonichia pustulata Oxytricha pellionella, Euplotes charon u Aspidisca costata, относящиеся к брюхоресничным инфузориям, погибают в сильно загрязненных водах. Поэтому при­ сутствие их характеризует хорошую работу биофильтров

и аэротенков.

192

Наличие сувойки Opercularia coarctata является по­ казателем наименее загрязненной сточной жидкости, а Vorticella microstoma менее требовательна и нормально размножается в более загрязненной воде; это можно объяснить ее выносливостью к повышенному содержа­ нию С02 [90].

Туфельки, Colpidium, Amphileptus и другие равнорес­ ничные инфузории вследствие выносливости к загрязне­ ниям являются показателями нарушения работы био­ фильтров [32].

Большой вынос червей является показателем накоп­ авшія пленки в каком-то участке биофильтра, которое

.«ржет вызвать заболачивание фильтра.

Если биологический газон разрастается слишком -лльно, он мешает работе фильтра, затрудняя прохож­ дение сточной воды и воздуха. Тогда следует прекратить

..одачу сточной воды, и газон частично отомрет, однако при этом необходимо увлажнять биопленку.

Состав вод оказывает очень большое влияние на ко­ личество образующейся пленки в теле фильтра. Разви­ тие пленки пропорционально нагрузке сточных вод на очистное сооружение.

Обилие различных видов простейших в активном иле

ибиопленке затрудняет биологический контроль за рабо­ той биофильтров, который возможен и необходим. Ко­ нечно, наблюдений только за активным илом и биоплен­ кой недостаточно для суждения о ходе биохимической очистки. Необходимо также изучение биохимического потребления кислорода БПК и химической потребности

вкислороде ХПК, содержания растворенного кислорода

идругих показателей.

Кчислу важнейших показателей работы очистных сооружений относятся ХПК и БПК. ХПК — это расчет­ ное количество кислорода, необходимое для полного окисления элементов органического вещества за выче­ том кислорода, входящего в состав этого соединения.

Если состав органических веществ сточных вод неизве­ стен, его во многих случаях можно определить аналити­ ческим путем — методом бихроматной или йодатной окисляемости. При этом получают цифры, очень близкие к расчетному значению ХПК [80].

Биохимическое потребление кислорода — это то ко­ личество его, которое расходуется на биохимические процессы, происходящие в активном иле. При этом мик­ роорганизмы используют в качестве питания растворен­ ные органические вещества и минеральные соединения, обладающие восстановительными свойствами. БПК все­ гда меньше Х П К , так как часть органических веществ расходуется на прирост живых организмов активного ила, создание биомассы. Оставшаяся часть органических веществ в сточной воде потребляет кислород, чем покры­ вает энергетическую потребность микроорганизмов. Иногда недоокисленные промежуточные продукты рас­ пада органических веществ остаются в очищенной сточ­ ной жидкости. В СССР биохимическое потребление кис­ лорода, так называемое Б П К полное (Б П К п о л н ), при окислении органических веществ в сточных водах учи­ тывается до начала нитрификации [6 ]. Это может быть БПК в течение 1 0 , 2 0 суток и более в зависимости от природы окисляемых веществ. Процесс нитрификации определяется по нарастанию количества нитритов и ни­ тратов в процессе очистки воды. За рубежом кислород, идущий на нитрификацию, при определении Б П К п о л н входит в величину биохимической потребности сточных вод.

В Советском Союзе рекомендуется для расчета на­ грузки очистных сооружений и степени очистки сточных вод применять Б П К п о л н , в то время как за границей при­

БПКб неточно отражает процессы минерализации, про­ исходящие во время очистки промышленных сточных

194

с т о Б П К п о л н о т с ч и т ы в а т ь е г о в в и д е о п р е д е л е н н о г о п р о ­

ц е н т а о т Х П К - Д л я о ц е н к и б и о х и м и ч е с к о г о о к и с л е н и я и н д и в и д у а л ь ­

н ы х в е щ е с т в в в е д е н т а к о й п о к а з а т е л ь к а к о т н о ш е н и е

Б П К к Х П К р а с ч е т н о м у ( % ) ; В П К и Х П К в ы р а ж а ю т в м и л л и г р а м м а х к и с л о р о д а н а м и л л и г р а м м и с п ы т у е м о ­

г о с о е д и н е н и я . Э т о т п о к а з а т е л ь х а р а к т е р и з у е т с т е п е н ь

б и о х и м и ч е с к о г о о к и с л е н и я в е щ е с т в а .

Предложен еще один несложный и перспективный ме­ тод контроля работы активного ила. Согласно современ­ ным взглядам органические соединения в бактериальных клетках могут разрушаться главным образом путем от­ щепления водорода (дегидрирования) с помощью ферментов — дегидрогеназ, обладающих специфичностью к известным веществам. Дегидрогеназы имеются в каж­ дой клетке, и их общая активность характеризует

биохимическую активность микроорганизмов изучаемого биоценоза, например активного ила. Суть метода заклю­ чается в том, что ферментативная активность может быть определена при помощи 2, 3, 5-трифенилтетразолий- хлорида. При наличии в растворе живых клеток выпа­ дает красный трифенилфармазан. Количество его, т. е. интенсивность окраски, соответствует концентрации этих клеток и их дегидрогеназной активности. Следует также отметить, что чем глубже распад органических соедине­ ний, тем ниже удельная активность ила. Установлено, что при очистке некоторых сточных вод, содержащих формальдегид, ацетон и другие органические соедине­ ния, этот метод является четким индикатором работы активного ила. Повышение температуры в аэрируемом бассейне вызывает увеличение окислительной способно­ сти ила вследствие роста ферментативной активности де­ гидрогеназ. Когда запасные питательные вещества клетки израсходованы, дегидрогеназная активность кле­ ток снижается [16, 27].

Для выяснения возможности применения биологиче­ ского метода при очистке новых сточных вод активным илом предварительно ставят опыты для выяснения от­ сутствия токсического действия загрязнений на микро­ организмы. Для этого сточные воды разбавляют быто­ выми водами в различных соотношениях. Затем в тече­ ние 1 0 — 2 0 дней контролируют следующие показатели исследуемой сточной жидкости: данные микроскопиче­ ских исследований, количество бактерий в 1 мл жидко­

(если последние имеются). Если этими показателями подтверждается биохимический распад органических за­ грязнений (снижение Б П К , Х П К , образование нитритов

и нитратов и т. д.), то вопрос о возможности применения

кизучаемым сточным водам биологического метода очи­ стки можно считать решенным [77].

196

Однако отсутствие токсичности — это первое, но не единственное условие пригодности метода биохимиче­ ского окисления для очистки промышленных сточных вод. Необходимо также установить, разрушаются ли за­ грязнения под влиянием микроорганизмов и насколько глубоко происходит это разрушение, о чем уже было указано выше.

Кроме отсутствия токсичности, при использовании этого метода могут возникнуть технологические трудно­ сти, например вспенивание, загрязнение атмосферного воздуха вследствие высокой летучести некоторых состав­ ных частей сточных вод и другие, в результате чего ме­ тод очистки сточных вод активным илом может стать неэффективным в промышленных условиях.

Нет единого мнения о влиянии высоких концентраций минеральных солей на биологическую очистку. Некото­ рые исследователи указывают, что содержание солей в количестве 7— 8 г/л является предельным, выше которо­ го нарушается очистка активным илом [31]. Другие ис­ следователи при изучении влияния ионов хлора на про­ изводительность активного ила выяснили, что содержа­ ние ионов хлора в очищаемой жидкости менее 8 г/л не оказывает выраженного влияния на эффективность окис­ лительной способности активного ила. Сочетание высо­ ких концентраций активного ила с низкими нагрузками на очистные сооружения (лабораторные) в значитель­ ной мере выравнивает влияние высоких концентраций ионов хлора. Резкий сдвиг в сторону увеличения концен­ трации ионов хлора до 2 0 г/л оказывает тем большее влияние на работу активного ила, чем медленнее она по­ вышается. Длительное увеличение концентрации иона хлора подавляет дыхание бактерий, ухудшает флокуля­ цию ила, увеличивает количество грубодисперсных при­ месей в очищенной жидкости и примерно на 1 0 % снижает очистку по ВПК, на такую же величину снижается нитри­ фикация по сравнению с контрольным опытом [136].

197

Имеются также сведения о возможности биохимической очистки сточных вод при содержании в них солей' 15 а/л, хотя разложение веществ в этом случае происходит,- менее эффективно, чем при содержании 3 г/л [82].

В этом случае меняется и внешний вид зооглей. Со­ держание хлористого натрия 3 г/л вызывает появлениехлопьев активного ила, имеющих пальцеобразные выро­ сты, а содержание 15 г/л — появление плотных, гладких;

хлопьев.

По данным некоторых зарубежных исследователей,, пленка биофильтра заметно не изменяется при содержа­ нии хлористого натрия 20 г/л в сточных водах. При до­ бавлении таких количеств его окислительная способ­ ность биофильтра не снижается, не нарушается и рост,-

микроорганизмов биопленки.

Скорость адаптации биопленки зависит от концентра­ ции хлористого натрия. При содержании его 20 г/л онаі

водах больших количеств солей, например кальция, мо­ жет происходить их отложение на пленке и стенках био­ фильтра, что ухудшает очистку (уменьшает простран­ ства, заполненные воздухом) и выводит из строя часть,

биопленки.

Действие солей на микроорганизмы можно объяснить, так: соли-электролиты, участвуя в анионном и катион­ ном обмене, влияют на проницаемость поверхностного, слоя протоплазмы микробов, разрыхляя или уплотняя! его. Состав солей, их растворимость и другие свойства

также имеют значение для процесса очистки. Приведенные сведения показывают, что биохимиче­

ская очистка сточных вод возможна и при высоких концентрациях солей, при этом наиболее исследовано действие хлористого натрия, влияние других солей изуче­ но мало. Некоторые зарубежные исследователи считают, что аммиак в высоких концентрациях нарушает очист-

198

icy, когда нормальное соотношение N : БПК5 = 1 : 20 па­ дает до 1 : 3,2, а нитраты в количестве до 1120 мг/л не оказывают тормозящего действия на активный ил.

Соли тяжелых металлов также в разной степени тор­ мозят биологические процессы. В работе [60] приведе­ ны предельные концентрации некоторых токсических ве­ ществ при очистке смеси промышленных и городских сточных вод (преобладают соли тяжелых металлов):

Предельно допустимые концентрации ионов тяжелых металлов, по данным других исследователей, совпа­

Конечно, влияние ионов тяжелых металлов на мик­ роорганизмы, находящиеся в стоках, зависит также от состава стоков, например, от наличия легко окисляю­ щихся веществ, которые способствуют окислению ста­ бильных соединений.

Согласно данным, приведенным К. Курдсом [120], для нормальной очистки сточных вод активным илом допустимы такие концентрации отдельных металлов:

199