Аэробный распад загрязнений в искусственных условиях

В искусственных условиях биологической очистке сточных вод обычно предшествует механическая очистка на специальных сооружениях, таких как песколовки, решетки, гидроциклоны, первичные отстойники. Для вод, содержащих жиры и масла, используют жироловки, поскольку при попадании в водоем жировые вещества покрывают тонкой пленкой большие площади водной поверхности, прекращая доступ кислорода, затрудняют или останавливают процесс самоочищения водоемов.

Биологическое окисление жидкой фазы сточных вод в аэробных условиях в основном осуществляется в двух типах сооружений при участии либо прикрепленных микроорганизмов (биопленка в биофильтрах), либо свободно плавающих в воде (хлопья активного ила в аэротенках). При любом способе очистки отмечаются две фазы: сорбция загрязнений активным илом или биопленкой и окисление сорбированных загрязнений (рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 – Схема работы сооружений для аэробной биологической очистки сточных вод

А – биофильтр (аэрофильтр); б – аэротенк; I – сооружения для механической очистки; II - биофильтр; III - вторичный отстойник; IV – сооружения для дезинфекции; V - аэротенк

Биофильтры (аэрофильтры).Это сооружения, заполненные крупнозернистым материалом (щебень, шлак, галька, пористая пластмассовая загрузка), поверхность которого периодически ( через 5…15 мин) орошается прошедшими через первичный отстойник сточными водами. При этом на поверхности загрузочного материала образуется биопленка, состоящая преимущественно из бактериальных клеток, на поверхности которых происходит сорбция органических загрязнений. Во время паузы между орошениями сорбированные загрязнения окисляются, и сорбционная активность биопленки восстанавливается.

Формирование биопленки (созревание биопленки) происходит в течение 15…30 сут. Микробное население биофильтров идентично тому, что наблюдается при почвенных методах очистки. Однако благодаря искусственной аэрации численность всех групп организмов, составляющих биоценоз биофильтра, во много раз превышает их количество на полях орошения и фильтрации. Особенностью биофильтра является обилие плесневых грибов в биопленке. Их развитие до определенной степени является благоприятным для работы биофильтра, поскольку они принимают активное участие в минерализации органических веществ. Но чрезмерное разрастание мицелия плесневых грибов затрудняет аэрацию и даже приводит к застоям сточной жидкости - заиливанию биофильтра, в связи с чем приходится останавливать работу. Во избежание заиливания сточную воду разбавляют водой, прошедшей очистку (рециркуляция), что увеличивает скорость фильтрации.

Очищенная вода из биофильтра поступает во вторичные отстойники для осаждения выносимых вместе с водой частиц биопленки (избыточная биопленка). Биопленка вторичных отстойников богата витамином В₁₂ (цианкобаламином), синтезированным в процессе жизнедеятельности бактерий. Она применяется как витаминная добавка в корм сельскохозяйственным животным и птице.

Аэротенк. Представляет собой длинный железобетонный резервуар глубиной 3…6 м, снабженный устройством для аэрации. Прошедшие механическую очистку сточные воды поступают в аэротенк, где смешиваются с активным илом. Смесь сточных вод и активного ила протекает через аэротенк и аэрируется, при этом происходит окисление сорбированных загрязнений и очистка вод. Далее иловая смесь поступает во вторичный отстойник.

Очищенная и осветленная вода может быть сброшена в водоем, а отстоенный ил регенерируется (продувается воздухом) и возвращается в аэротенк, где смешивается с новыми порциями сточной жидкости. Непрерывная аэрация поддерживает хлопья активного ила во взвешенном состоянии и способствует протеканию активных окислительных процессов.

Активный ил состоит из слизистых скоплений бактерий (зооглей, образующих хлопья), сформированных чистой культурой Zooglea ramigera в совокупности с другими видами бактерий, что определяется составом органических загрязнений. Наряду с гетеротрофами в активном иле обязательно имеются нитрифицирующие бактерии, которые развиваются только при незначительном содержании в сточной воде органических веществ.

Причинами, нарушающими работу аэротенка, являются: перегрузка очистного сооружения органическими веществами, образование анаэробных зон, недостаток биогенных элементов, резкое изменение температуры или активной реакции среды, попадание в очищаемую воду токсических веществ и др.

Биофильтры и аэротенки, в отличие от почвенных методов очистки, не обеспечивают санитарной безопасности очищенной воды. В ней сохраняются патогенные микроорганизмы и яйца гельминтов, поэтому очищенная вода подвергается дезинфекции одним из принятых методов, а для освобождения от гельминтов фильтруется через песчаные фильтры.