4.5.4 Способы и сооружения биологической очистки

В работе сооружений биологической очистки ответственным является пусковой период. В это время происходит образование на поверхности загрузочного материала бактериальной пленки, происходит развитие и поэтапная смена качественного и количественного состава биоценоза биопленки. Это период длится 10-25 суток. Его продолжительность зависит от температуры воды, рН и концентрации кислорода. Оптимальной является температура воды 25⁰С, рН 6,5-7,5 и концентрация кислорода - 7 мг/л. Постепенное увеличение подачи воды в сооружениях биологической очистки с 30 до 100% от общего расхода обеспечивает требуемое количество оборотной воды, подаваемой в бассейны на протяжении всего пускового периода.

4.5.5 Биофильтры

Биофильтры в самое последнее время получили наиболее широкое применение в системах биологической очистки. Они представляют собой емкости, заполненные загрузкой различного типа: объемный (как в аэротенках), пленочной (в виде отдельных листов или кассет), сотовой и трубчатой. Объемная и пленочная листовая загрузки применяются достаточно редко в промышленных установках. Чаще используют регенерирующуюся загрузку из полиэтиленовых гранул, а также кассетную и сотовые загрузки. По сравнению с аэротенками и интеграторами биофильтры имеют удельную производительность в 8-10 раз выше. Однако и стоимость их в 5-10 раз больше. Соотношение объема рыбоводных емкостей и биофильтров от 1:0,5 до 1:4.

Применение биологических фильтров более экономически выгодно, чем применение аэротенков. Это обусловлено прежде всего низкой концентрацией загрязнений, поступающих из бассейнов с рыбой на очистку, и, следовательно, затруднениями с созданием высокой концентрации активного ила в аэротенках. В биофильтрах же благодаря прикрепленным к субстрату биоценозам процесс очистки ведется при более высокой концентрации микроорганизмов, что позволяет сократить объем сооружений и снизить затраты на их строительство и эксплуатацию.

Характерная особенность биофильтров - наличие бактерий, прикрепленных в виде биопленки к твердой подложке. Биопленка представляет собой плотный слой, состоящий из клеток бактерий, способных прикрепляться к твердой поверхности и образовывать фиксированную полимерную пленку, которая препятствует их выносу.

Процесс изъятия загрязнений из воды биологической пленкой подчиняются основным законам массообмена. На первом этапе изъятие загрязнений происходит путем прилипания частиц загрязнения и их сорбция (поглощение) биопленкой. Интенсивность этих процессов тем выше, чем больше поверхность контакта воды и биопленки, чем выше концентрация загрязнений и чем сильнее турбулентность движения воды относительно биопленки. Турбулентность движения воды относительно бипленки активно сменяет слои воды, из которых изъято загрязнение, на слои воды, еще не вступившие в контакт с биопленкой [10].

Когда частицы загрязнений попадают в контакт с биопленкой, начинается процесс аммонификации нерастворенных органических соединений с выделением аммония. Аммоний, поступивший вместе с водой и полученный в результате аммонификации нерастворенной органики, утилизируется группами бактерий Nitrosomonas, осуществляющими первый этап нитрификации – окисление аммония до нитритов. Нитриты окисляются бактериями группы Nitrobacter до нитратов. Так как нитраты – относительно малотоксичный продукт для рыб, то их концентрация может быть значительной без ущерба для результатов рыбоводства. Это обстоятельство позволило строить биофильтры для очистки рыбоводных стоков без блока денитрификации.

Жизнь биопленки имеет свои закономерности. Потребляя для своего питания азотные загрязнения их воды, биопленка растет по толще и стареет. Биомасса пленки накапливается. Если в биофильтре не решены проблемы удаления стареющей пленки, то последняя, с свою очередь, отмирает, разлагается и загрязняет воду. Проблема обновления биопленки – одна из самых главных. Эта проблема решается главным образом за счет создания таких гидродинамических нагрузок на субстрат, при которых рыхлые слои старой пленки отрываются и уносятся с током воды. В дальнейшем мигрирующие кусочки биопленки выделяются из воды и выносятся из системы. В местах отрыва старой биопленки остается тонкий активный слой биопленки, который продолжает процесс изъятия и переработки загрязнений. Субстрат, используемый в данной работе, изображён на рисунке 3.

Рисунок 3 - Загрузка для биологического фильтра – BioElements

Рыбоводная

ёмкость

Насос

О₂

Механический фильтр

Биологический фильтр

УФ

Рисунок 4 - Схема размещения основных элементов очистки воды в установке с замкнутым циклом водоснабжения

Расчет биологического фильтра:

Для получения 3,5 тонн стерляди навеской 1 г необходимо иметь 1 модуль УЗВ: модуль инкубации и подращивания личинки до 1 г.

Произведем расчет биологического фильтра для модуля инкубации и подращивания личинок до 1 г. Для кормления будут использоваться корма Aller Futura 54/15. Согласно кормовой таблицы общее выделение азота при использовании данного корма при воздействии на окружающую среду составляет 31 кг на 1000 кг корма в сутки. Исходя из наших предыдущих расчетов, общее ежесуточное потребление кормов 1 граммовой молодью составит 101,5 кг, поэтому общее ежесуточное выделение азота составит 3,15 кг в сутки (31*101,5 / 1000). Принимая во внимание, что производительность биологической ступени при нормальных условиях составляет 1 грамм азота / сут. на 1 квадратный метр субстрата (загрузки) фильтра, получим требуемую площадь субстрата: 3150 / 1 = 3150 метров квадратных.

При использовании в качестве загрузки биофильтра BI0-Elements 3 , доступная поверхность которой составляет 770 м²/м³ (таблица 8), потребность ее составит 4,1 м³ (3150/770). Общий объем биофильтра составит: 4,1*2 = 8,2 м³.

Таблица 8 - Технические спецификации BioElements

Тип	BioElements 1	BioElements 2	BioElements 3	BioElements 4
Доступная поверхность м2/м3	720	750	770	800
Количество биоэлементов шт/м3	250 000