Тема: КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В АЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ

План:

1.ПРОЦЕССЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ И ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

2. КОНТРОЛЬ РАБОТЫ АЭРОТЕНКОВ

3. КОНТРОЛЬ РАБОТЫ БИОФИЛЬТРОВ

4.КОНТРОЛЬ РАБОТЫ ВТОРИЧНЫХ ОТСТОЙНИКОВ И ИЛОУПЛОТНИТЕЛЕЙ. КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ ПРЕАЭРАЦИИ И БИОКОАГУЛЯЦИИ

5. КОНТРОЛЬ РАБОТЫ ПРОЧИХ СООРУЖЕНИЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ

1. Сооружениям биологическом очистки отводится главенствую­щая роль в общем комплексе сооружении канализационной очистной станции. В результате процессов биологической очист­ки сточная вода может быть очищена от многих органических и некоторых неорганических примесей. Процесс очистки осу­ществляет сложное сообщество микроорганизмов — бактерий, простейших, ряда высших организмов — в условиях аэробиоза, т. е. наличия в очищаемой воде растворенного кислорода. За­грязнения сточных вод являются для многих микроорганизмов источником питания, при использовании которого они получают все необходимое для их жизни — энергию и материал для кон­структивного обмена (восстановления распадающих веществ клетки, прироста биомассы). Изымая из воды питательные ве­щества (загрязнения), микроорганизмы очищают от них сточ­ную воду, но одновременно они вносят в нее новые вещества — продукты обмена, выделяемые во внешнюю среду.

Для городских сточных под в нашей стране и за рубежом наибольшее распространение получила очистка в искусственных условиях; при этом для обработки больших количеств воды пре­имущественное применение не имеют аэротенки, а для обработки средних и малых количеств конкурируют аэротенки, биофильт­ры и другие биоокислители.

Технологический контроль за процессами биологической очистки заключается в оценке изменений в составе воды после очистки, а также количественного и качественных изменений ак­тивного ила или биопленки. Сопоставление результатов указан­ных определений и замеров и их комплексная оценка позволяют осуществлять управление процессом очистки путем регулирова­ния количества подаваемого воздуха, соотношения количеств во­ды и ила, степени разбавления исходной сточной воды очищен­ной (или илом) и т.д.

При проведении исследовательских работ в зависимости от решаемых вопросов контроль процессов заметно осложняется. Так, более полно, часто с применением современных инструмен­тальных методов, исследуется химический состав исходных за­грязнений, расшифровывается состав метаболитов, проводятся сложные определения биохимической активности различных ферментных систем клетки, прослеживается путь превращения веществ- в процессе окисления и многое другое.

В комплексе сооружений биологической очистки находятся вторичные отстойники, в которых очищенная вода отделяется от ила (или биопленки). Контроль и оценка работы этих сооруже­ний осуществляются в неразрывной СВЯЗИ с контролем основного биоокислительного сооружения.

2. При проектировании аэрационных сооружений можно преду­смотреть различную степень очистки сточных вод: неполную с БПК_полн обработанной воды более 20 мг/л, полную с БПК_полн менее 20 мг/л и полную с нитрификацией аммонийного азота.

Добиться той или иной требуемой степени очистки воды и ми­нерализации ила можно путем изменения соотношения коли­честв подаваемых загрязнений и работающего в системе ила. Количественно указанное соотношение описывается величиной нагрузки на ил — массы подаваемых за сутки загрязнений, учи­тываемых величиной БПК, на 1 г сухого или беззольного веще­ства ила.

Исследованиями установлено, что в зависимости от нагрузки на ил, или от так называемого трофического уровня (уровня пи­тания), в активном иле можно наблюдать постепенную смену микрофлоры и микрофауны и изменение характера отношений между микроорганизмами ила. Когда на единицу массы микро­организмов приходится большое количество загрязнений — бо­лее 300 мг БПК_полн на 1 г беззольного вещества в сутки, что соответствует первому трофическому уровню, то в иле конкури­руют гетеротрофные бактерии и сапрозойные простейшие, кото­рые усваивают лишь растворенные примеси. Свободно плаваю­щих ресничных очень мало. Разнообразие видов простейших мало, и при этом наблюдается количественное преобладание ка­кого-либо одного из них. При меньшем количестве питания или втором трофическом уровне (100—300 мг на 1 г беззольного ве­щества в сутки) отношения между микроорганизмами носят ха­рактер «хищник — жертва». «Хищниками» в этом сообществе являются голозойные ресничные простейшие, а «жертвой» — ге­теротрофные бактерии. В таком иле отмечается большое раз­нообразие видов простейших без преобладания какого-либо од­ного вида; ил хорошо флокулирует и оседает. При третьем тро­фическом уровне — с наименьшим количеством питания (менее 100 мг на 1 г беззольного вещества в сутки) —имеют место отношения метабиоза между гетеротрофными и нитрифицирующими бактериями. Так, например, нитрифицирующие бактерии окисляют азот аммиака, который появляется в больших количествах вследствие аммонификации белковых соединений, проводимой гетеротрофными бактериями. Из простейших в таком иле максимальное развитие получают «хищники» и прикрепленные инфузории, коловратки, черви, использующие в качестве питания
бактерии, голозойные инфузории, иловые частицы.

Очевидно, что изменение нагрузки на ил в широких пределах в работающем сооружении невозможно. Количество загрязне­ний в сточной воде — величина неуправляемая и изменена быть не может. Можно менять лишь концентрацию ила (называемую иначе дозой ила) в относительно небольших пределах. Численные значения допустимых концентраций или сильно изменяются
в зависимости от типа аэрационного сооружения, однако для каждого типа аэротенка оптимум лежит в узких пределах.

Оперативный контроль за работой азротенков ведут путем систематически выполняемых определений концентрации раство­ренного кислорода, минимальное количество которого в любом месте аэрационной системы не должно быть ниже 1—2 мг/л, до­зы ила и его гидробиологического состава. Определения выпол­няются для каждого работающего сооружения (раздельно для собственно аэротенка и регенератора) 1—3 раза в неделю. Золь­ность ила определяют 1 раз в декаду из средней пробы высушен­ного ила, а все подсчеты обычно ведут по отношению к 1 г без­зольного вещества. Зольность ила обычно лежит в пределах 25—35% при собственной зольности клеточного вещества ила порядка 5—7%. Очевидно, что в иле присутствует большое ко­личество посторонних минеральных примесей, а потому органи­ческая (беззольная) часть точнее характеризует количество биомассы. Однако отметим, что при одинаковой биомассе актив­ный ил может иметь резко различные количества бактериальных клеток и простейших и их биохимическую активность.

Количество бактерий в иле колеблется от 10⁸ до 10¹³ на 1 мг беззольного вещества, большинство ИЗ которых принадлежит ро­дам Pseudomonas, Bacillus, Bacterium и др. Лабораторные мик­робиологические исследования ила с количественной и качест­венной бактериальной оценкой выполняются редко. Анализы эти трудоемки, требуют применения сложной техники пересевов, многих разнообразных питательных сред и могут быть выполне­ны лишь в современных хорошо оснащенных исследовательских лабораториях.

Микроскопическое же исследование ила доступно любой ла­боратории. Микроскопическая оценка ила выполняется по тому же графику, что и определение дозы ила. Фиксируют наличие и количество зооглейных скоплений бактерий, различных видов простейших, высших организмов, нитчатых бактерий, грибов, посторонних включений. Результаты выражают в тысячах осо­бей на 1 мл смеси. Ориентировочно можно считать, что при удов­летворительном развитии вида количество его особей колеблет­ся в пределах от 10 до 100 тыс. в 1 мл; если число особей менее 10 тыс., говорят о недостаточном развитии вида, а при числе осо­бей более 100 тыс. — о преобладании данного вида.

Седиментационные свойства ила оценивают величиной, назы­ваемой индексом ила. Индекс ила — это объем в миллилитрах, который занимает ил в цилиндре после 30 мин отстаивания. Объем должен быть отнесен к 1 г сухого вещества ила. Этот ин­декс изменяется в зависимости от концентрации ила в смеси, поэтому определение принято вести при дозе ила 3 г/л. Если определяют индекс ила, взятого из собственно аэротенка, где доза ила менее 3 г/л, его предварительно сгущают до нужной концентрации отстаиванием. Если анализируется ил из регене­ратора, то его разбавляют до нужного предела водопроводной (или очищенной) водой. Индекс ила определяют не реже 1 раза

в декаду.

Ил с индексом 80—100 мл/г хорошо оседает и не образует мелкой мути в отстоянной воде. При индексе ила более 150 мл/г говорят о «вспухании» ила. Вспухший ил, обладая развитой поверхностью, хорошо очищает воду, но с большим трудом от­деляется от нее, что вызывает осложнения в работе вторичных отстойников. Повышенный ВЫНОС ила ухудшает общее качество выпускаемой в водоем воды и ведет к потере ила. Причинами вспухания ила могут быть многие резкие изменения условий ра­боты аэротенка.

Ил аэротенка длительной аэрации может иметь индекс менее 80 мл/г, поскольку из-за минерализации клеточного вещества повышается доля зольных, более тяжелых элементов.

Полный санитарно-химический анализ воды проводят 1 раз в 10 дней до и после ее обработки. Запись замеров количеств поступающей воды и подаваемого на очистку воздуха произво­дится непрерывно с помощью автоматических измерителей рас­хода.

К технологическим параметрам, характеризующим работу аэротенка, кроме уже упомянутых относятся окислительная мощность аэротенка и ила, возраст ила, расход воздуха на 1 м³ очищенной воды и на 1 кг снятой БПК₅, прирост ила, затраты

электроэнергии.

Если величина нагрузки Нхарактеризует количество подан­ных загрязнений, то окислительной мощностью ОМоценивается количество снятых переработанных загрязнений:

ОМ = НЭ_БПК , (17)

где Э_БПК — эффективность очистки воды по БПК в долях единицы; едини­цы измерений у этих двух величин одинаковые: мг БПК на 1 г беззольного вещества в сутки или г БПК/(м³ * сут).

Окислительная мощность, отнесенная к I ч, есть средняя ско­рость окисления р загрязнений активным илом. Эта величина — основная расчетная характеристика аэротенка. Она зависит от вида обрабатываемых стоков, концентрации загрязнений в ис­ходной воде, требуемого качества очищенной воды, температуры, концентрации ила и других факторов.

Возраст ила — это среднее время его пребывания в системе аэрационных сооружений, определяемое как частное от деления общей массы ила в аэрационной системе (включая каналы и вто­ричные отстойники) на суточный прирост ила. Возраст ила из­меряется в сутках. Оценка по этому показателю аналогична оценке по величине нагрузки или окислительной мощности.

Прирост ила Пр, мг/л, — количество вновь образующегося ила (за счет изъятия и усвоения загрязнений воды), определяе­мое при проектировании систем по формуле

Пр = 0,8В+ 0,3L_a, (18)

гдеВ и L_а — концентрация загрязнений воде, поступающей в аэротенкки,

соответственно по взвешенным веществамипо БПК_полн.

В эксплуатации прирост ила подсчитывается путем суммиро­вания масс ила, удаляемого из системы, — выносом с очищенной водой и перекачиванием на илоуплотнители или в другие соору­жения. Иногда прирост ила оценивают не в мг/л, а в тоннах на 100 тыс. м³ очищенной воды.

Расход воздуха при пневматической системе аэрации под­считывают по отношению к 1 м³ очищенной воды и 1 кг снятой БПК₅. Для городских сточных вод при мелкопузырчатой системе аэрации на 1 м³ воды расходуется 5—10 м³ воздуха, или 40 — 60 кг на 1 кг снятой БПК₅. При механической системе аэрации подобных расчетов по воздуху сделать невозможно. В этом слу­чае оценивается лишь затрата электроэнергии, как и при пнев­матической системе, из расчета на 1 м³ воды или на 1 кг снятой БПК₅.

Для оценки биохимической активности ила разработан метод определения его дегидрогеназной активности. Процесс биохими­ческого окисления органических веществ при очистке сточных вод начинается с расщепления органического вещества с выде­лением водорода, который передается по цепи ферментов дегидрогеназ. Количественное определение этих ферментом позволяет судить о напряженности окислительного процесса. Введение в практику технологического контроля лот показателя полезно в особенности потому, что дает ВОЗМОЖНОСТЬ получить быструю, менее чем за 1 ч, характеристику состояния ила.

3. Контроль работы биофильтров имеет много общего с контролем аэротенков, поскольку в обоих типах сооружений проходят принципиально сходные процессы. Существенным отличием в контроле работы этих двух видов биоокислителей является от­сутствие необходимости в частом анализе количества биопленки. Биопленка прочно прикреплена к материалу загрузки биофиль­тра, а очищаемой водой смывается лишь отмершая, отработан­ная ее часть. Общая масса прироста биопленки за год эксплуа­тации биофильтра примерно равна массе взвешенных веществ, поступивших за этот же период на биофильтр. Смыв биопленки происходит неравномерно. Периодически она отмывается очень интенсивно, и в эти периоды возрастает нагрузка по взвеси на вторичные отстойники.

Микроскопирование биопленки производят 1—2 раза в неде­лю. Отмечено, что при очистке одной и той же сточной воды в аэротенке и биофильтре микронаселение ила и пленки весьма сходно, но в составе пленки в отличие от ила в значительном ко­личестве присутствует анаэробная микрофлора.

Качество сточной воды до и после биофильтра анализируется (как и для аэротенков) 1 раз в 10 дней; количества воды и по­даваемого воздуха фиксируются непрерывно.

Если исходная сточная вода слишком загрязнена, о чем свидетельствует частое заиление поверхности биофильтра, то применяют прием возврата части уже очищенной воды для раз­бавления вновь поступающем"!. Количество и качество рециркуля­ционной воды учитывается так же, как и исходном, а все рас­четные величины, характеризующие работу биофильтра, проводят как с учетом, так и без учета рециркуляционного расхода и количества внесенных с ним загрязнений. Если этот прием все еще не обеспечивает должного эффекта, необходимо рыхление поверхности загрузки, промывка ее под напором, хлорирование. Основными характеристиками работы биофильтра являются величины нагрузки по воде и по загрязнениям. Нагрузка по во­де— это количество воды, м³, приходящееся на 1 м³ загрузочно­го материала или на 1 м² площади поверхности биофильтра за сутки. Нагрузка по загрязнениям — количество загрязнений (по БПК, взвешенным веществам, ХПК, г), подаваемое за сутки в расчете на 1 м³ объема или 1 м² площади поверхности.

Любой биофильтр может обеспечить очень высокую сте­пень очистки воды при условии соблюдения определенной на­грузки. Допустимые пределы колебаний нагрузок для биофиль­тров разных типов, обеспечивающие полную биологическую очистку воды, показаны в табл. 16.

Как следует из табл. 16, наиболее производительным из био­фильтров с насыпной загрузкой является башенный, крупность загрузочного материала, у которого наибольшая (составляет 60—100 мм). Несложные расчеты показывают, что при шарооб­разной форме материала загрузки (вне зависимости от диамет­ра шара) объем, занимаемый материалом, а следовательно, объ­ем свободного пространства постоянны. На загрузку приходится около 60% объема биофильтра, а на свободное пространство, которое может быть занято воздухом и водой, — 40%.

Таблица 10

Из этого следует, что все насыпные биофильтры могли бы иметь одинаковую окислительную мощность. Однако практи­ка показывает, что окислительная мощность тем выше, чем крупнее материал загрузки. Следовательно, кроме объема сво­бодного пространства большое значение имеет соотношение ли­нейных размеров между диаметром материала загрузки и рас­стоянием между шарами. С уменьшением диаметра шаров происходит пропорциональное уменьшение расстояния между ними, а вследствие этого резко ухудшаются условия отвода воды, смыва биопленки и вентиляции биофильтра.

При использовании несортированного материала для загруз­ки биофильтра упаковка становится наиболее плотной, а работа биофильтра практически неудовлетворительной. Поэтому счита­ется, что в материале загрузки не должно быть более 5% приме­сей меньшего размера. Из этих соображений важное значение в эксплуатации биофильтров придается не столько химическому составу материала загрузки, сколько тщательной его сортировке по размеру. По химическому составу требования к материалу загрузки сводятся к тому, чтобы он был устойчив к периодичес­ким перепадам температур (по сезонам года), не корродировал от соприкосновения со сточной водой и кислородом, был механи­чески устойчив. При испытании материал загрузки подвергают давлению около 1 кгс/см² (~0,1 МПа), кипятят в соляной кис­лоте, пропитывают несколько раз насыщенным раствором Na₂SО₄, промораживают. Если после всех этих испытаний поте­ря по массе не превышает 10%, материал признается пригодным в качестве загрузки.

Учитывая, что биофильтры с плоскостной загрузкой обеспе­чивают более высокую производительность, они могут в буду­щем составить серьезную конкуренцию традиционным конструк­циям с насыпным материалом при условии, что пластмассы бу­дут широко доступны и дешевы. Интересно еще отметить, что в последнее время предложены новые виды насыпных загрузок, например небольшие полые цилиндры. В такой конструкции как бы совмещаются условия работы биофильтра с объемным и плоскостным материалом загрузки.

4. Назначение вторичных отстойников — отделить активный ил или биопленку от очищенной воды.

Работу вторичных отстойников контролируют во многом так же, как и работу первичных отстойников. В частности, фиксиру­ется продолжительность отстаивания смеси и вынос ила с очи­щенной водой, количество и качество откачиваемого ила (по концентрации сухого вещества). Однако в характере процессов отстаивания в первичных и вторичных отстойниках имеются от­личия, которые обусловлены, во-первых, концентрацией взвеси в отстаиваемой смеси и, во-вторых, химическим составом взвеси и ее разной способностью к флокуляции и седиментации.

В первичных отстойниках при повышении концентрации взве­си в исходной воде вынос ее с осветленной водой увеличивается. Концентрация взвеси в городских сточных водах обычно не пре­вышает 300—350 мг/л; при этом эффективность отстаивания максимально составляет 50—55%.

Во вторичные отстойники поступает смесь с концентрацией
ила не менее 1000 мг/л и может доходить до 2,5-5 мг∕лв зависи­мости от режима работы и типа биоокислителя. Если обеспечи­вается полная биологическая очистка, то при достаточной про­должительности отстаивания (порядка 2 ч) вынос ила с очищен­ной водой составляет всего 10—25 мг/л (в среднесуточных
пробах) вне зависимости от исходной дозы ила. Эффективность
отстаивания в этом случае составляет 98—99%.

Найдена корреляционная связь между степенью очистки во­ды по БПК и выносом ила с очищенной водой. При заданной продолжительности отстаивания чем глубже очищена сточная вода, т. е. чем ниже БПК_полн очищенной воды, тем меньше вы­нос ила. В то же время при определенной степени очистки воды по БПК вынос ила тем больше, чем меньше продолжительность пребывания воды во вторичных отстойниках. Иллюстрация этих взаимосвязей показана в табл. 32 СНиП П-32-74.

Степень уплотнения взвеси в первичных и вторичных отстой­никах различна. Взвесь сточных вод более тяжелая и менее гид­рофильная, чем активный ил или биопленка, чем и обусловлена более низкая влажность осадка из первичных отстойников(91-94%). Максимальная концентрация биопленки после отде­ления ее от воды во вторичных отстойниках составляет 40—60 г/л, что соответствует влажности 96—94%. Активный ил от­качивается из вторичных отстойников с концентрацией 4—8 г/л,
т.е. с влажностью 99,6—99,2%. Минимальная достигаемая кон­центрация ила после отстаивания составляет порядка 25—30 г/л
(как в илоуплотнителях), однако в таком режиме отстойники
никогда не работают. Длительное пребывание ила в условиях отсутствия растворенного кислорода может повлечь глубокие и необратимые изменения биохимической активности ила. Кроме того, в аэрационных сооружениях при пневматической системе аэрации невозможно обеспечить подачу и растворение кислоро­да со скоростью, равной или выше скорости потребления кисло­рода илом столь высокой концентрации.

Необходимость дальнейшей интенсификации процессов био­логической очистки привела к созданию новой схемы сооруже­нии — аэротенков с механическими аэраторами (обеспечиваю­щими снабжение кислородом смеси высокой концентрации — до 10-20г/л) в совокупности с флотаторами взамен вторичных от­стойников, где седиментация ила происходит в условиях полной обеспеченности кислородом. Такая схема сооружений предложе­на для обработки производственных сточных вод и только в ка­честве первой ступени. Флотаторы взамен вторичных отстойни­ков для окончательной очистки сточных вод не применяются из-за повышенного выноса ила.

При характеристике работы вторичных отстойников, указыва­ются количества и качества (по концентрации сухого вещества) возвратного и избыточного илов. Указывается, кроме того, в ка­кие сооружения распределяется избыточный ил.

Илоуплотнители предназначены для уменьшения объема из­быточного активного ила, удаляемого на дальнейшую обработ­ку. Оценка работы этих сооружений аналогична технологической оценке работы вторичных отстойников. Фиксируется количество и качество подаваемого ила, уплотненного ила и иловой воды. На городских станциях часто используют илоуплотнители ра­диального типа, обеспечивающие снижение объема ила в 5— 15 раз (или изменение по влажности с 99,2—99,9 до 96,5—98,5%) за время пребывания, равное 9—15 ч.

На илоуплотнители подают ил как из вторичных отстойников с концентрацией сухого вещества 4—8 г/л, так и из аэротенков с концентрацией 1—2 г/л. Качество уплотненного ила в обоих случаях практически одинаково, а время уплотнения для менее концентрированного ила составляет 5—7 ч. Чтобы получить сравнительную оценку, какой вариант схемы уплотнения пред­почтительнее, необходимо сравнение по величине нагрузки по сухому веществу (1 г сухого вещества на 1 м³/сут). По этой же величине можно сравнивать производительность различных ви­дов уплотнителей или уплотнителя одного вида, но разных диа­метров.

Важно учитывать качество иловой воды (по взвеси, БПК), поскольку передача этой воды на повторную очистку увеличива­ет нагрузку на очистные сооружения. Обычно количество взвеси и БПК₅ иловой воды колеблются в пределах от 20 до 100 мг/л.

Часть избыточного ила иногда направляют в первичные от­стойники с целью интенсифицировать процессы отстаивания. Ре­комендуется передавать в первичные отстойники до 50% прироста ила. Расход воздуха на перемешивание воды и ила составляет величину порядка 0,5 м³/м³, продолжительность контакта препараторах — от 10 до 20 мин и в биокоагуляторах —20 мин. Дополнительный эффект осветления по взвешенным веществам

БПК_полн в обоих случаях составляет 10—15%. Если указан­ные приемы использованы в эксплуатации, то при характеристи­ке работы отстойников обязательно принимается во внимание мнение состава воды после смешения ее с избыточным илом.

5. Сооружения для аэробной минерализации ила. К этой кате­гории сооружений можно отнести аэротенки длительной аэра­ции, аэробные минерализаторы (иначе называемые аэробными стабилизаторами), циркуляционные окислительные каналы, не­которые разновидности биологических прудов, работающих в ус­ловиях низких нагрузок. Кроме аэробных минерализаторов все остальные перечисленные сооружения совмещают в себе функ­ции биологической очистки сточной воды и минерализации ила.

Минерализация ила, или биологическое его окисление, — это процесс окисления клеточного вещества, который происходит в той стадии развития популяции микроорганизмов, когда перво­начальные органические загрязнения в сточной воде уже отсутствуют и дальнейшее существование сообщества микроорганиз­мов обеспечивается окислением внутреннего запаса питательных веществ клеток, внутривидовой борьбой за существование среди бактерий, развитием автотрофных культур нитрификаторов и т. п. (см. § 34).

Процессы полной очистки сточной воды и глубокого окисле­ния ила проходят в основном последовательно и для случая об­работки городских стоков приближенно могут быть иллюстриро­ваны схемой, приведенной на рис. 6.

При смешении сточной воды с активным илом происходит достаточно быстрое изъятие из воды содержащихся в ней орга­нических загрязнений за время t_a, что и является собственно очисткой сточной воды. Изъятие загрязнений — комплексный процесс. Сюда входят быстрое усвоение растворенных веществ, усвоение после предварительного гидролитического расщепления

t_о t_м

t_a

t_общ t

Рис. 6. Схема процессов биологической очистки воды и минерализации ила

сложных соединений и захватывание поверхностью зооглей и иловых частичек нерастворенных примесей и др. Процессы внут­риклеточной переработки полученного питания, иначе процессы регенерации клетки или окисления вещества, начинающиеся, естественно, сразу же после того, как только загрязнения погло­щены клеткой, длятся дольше (время t₀), чем изъятие загрязне­ний из воды. За время минерализации ила t_M весьма условно можно принять длительный отрезок времени с началом где-то в стадии внутриклеточной переработки веществ. Процесс этот длится в течение нескольких суток и оканчивается в той стадии, когда развивающиеся вслед за гетеротрофными бактериями бак­терии нитрификаторы также проходят пик своего максимального развития. Общее время глубокой очистки воды и минерализации ила t_общ, составляющее несколько суток, заключает в себе все указанные стадии процесса.

При минерализации ила уменьшается масса беззольного ве­щества, а следовательно, и масса сухого вещества, что обуслов­ливает увеличение зольности ила. Максимально достигаемые величины зольности ил, а колеблются в пределах от 45 до 55%. Более глубокого окисления ила получить не удается, поскольку в его составе преобладающей становится биохимически не усвоя­емая органическая материя.

Аэробно минерализованный ил не загнивает на воздухе, так как все доступное окислению уже переработано в условиях ин­тенсивного снабжения кислородом воздуха, легко отдает влагу, не обладает неприятными запахами. Такой ил после подсушки и дополнительного обеззараживания может быть передан для использования в сельском хозяйстве.

При контроле за работой аэротенка длительной аэрации, а также циркуляционного окислительного канала особое внима­ние уделяется характеристике состава очищенной сточной воды. Эта вода отличается присутствием большого количества нитра­тов и, как правило, незначительного количества нитритов, низ­кой концентрацией аммонийного и общего азота, колеблющими­ся величинами БПК и ХПК, присутствием достаточного коли­чества кислорода. Ил такого аэротенка характеризуется очень низкой дегидрогеназной активностью, повышенной зольностью и составом микронаселения, отличающимся от состава ила обыч­ного аэротенка.

Если процесс проводится в аэротенке-вытеснителе, то при тщательном выполнении анализов можно заметить изменения концентрации ила по длине аэротенка — сначала нарастание до­зы ила и после перехода через «размытый» максимум — посте­пенная убыль.

При проведении процесса в отдельном минерализаторе фиксируют убыль сухого (и беззольного) вещества ила, постоян­но контролируют наличие растворенного кислорода в аэрируе­мой смеси, характеризуют состав иловой воды, отделяющейся при отстаивании смеси в специальном отстойнике после минерализатора. Иловую воду, отделенную от минерализованного ила, Направляют на повторную очистку в аэротенки. Продолжитель­ность отстаивания принимают равной 1,5—2 ч.

В минерализаторах можно обрабатывать смесь ила с осад­ком из первичных отстойников. В этом случае увеличиваются: продолжительность обработки — до 10—12 сут, расход воздуха - до 1,2—1,5 м³/(м³*ч) вместо 1 м³/(м³*ч) для одного ила. Степень окисления смеси осадка и ила может достигать 30—40% (по беззольному веществу), а одного ила — 20—30%.

Поля орошения и поля фильтрации — сооружения для очист­ки сточных вод в естественных условиях, где основным агентом очистки является почва.

Почва заселена огромным числом микроорганизмов, которое в поверхностном слое составляет от 1 до 115 млн. на 1 г. Чем глубже слой, тем меньше в нем микронаселение. Процесс мине­рализации загрязнений проходит наиболее интенсивно в поверхностных слоях (при благоприятных условиях — до нитрифика­ции), менее напряженно нитрификация продолжается в более глубоких слоях, а в самых глубинных слоях проходят процессы Апологической денитрификации и даже десульфатации. Самым активным слоем почвы является верхний толщиной 25—30 см.

Очищенная почвенным методом вода отличается высокой прозрачностью, бесцветностью, отсутствием запаха, низкой БПК, очень малым содержанием бактериальных загрязнений, боль­шой концентрацией нитратов и низкой — азота аммонийных со­лей. На полях орошения из сточной воды растениями усваивает­ся также часть калия. При любом типе полей в воде после фильтрации не остается фосфатов.

Естественно, что высокое качество очистки обеспечивается при условии соблюдения оптимальных режимов эксплуатации полей по нагрузке и обработке почвы, а также своевременном ремонте распределительных и отводных систем и т.д. Нагрузка па поля определяется в зависимости от вида почвы, уровня за­легания грунтовых вод, географического расположения полей и др. и может изменяться в пределах от 50 до 200 м³/(га-сут). Немаловажное значение имеют климатические условия, которые в отдельные годы могут резко отклоняться от тех средних усло­вий, на которые рассчитаны.

Технологический контроль за процессами естественной очист­ки сводится к контролю за работой сооружений предваритель­ной механической очистки и собственно полей. Последние харак­теризуются качеством очищенной воды, для чего полный санитарно-химический анализ воды до и после очистки выполняется обычно 1 раз в 10 дней.

Биологические пруды. Очистка сточных вод в специально устраиваемых прудах — едва ли не самый ранний прием интен­сификации естественных процессов самоочищения водоемов. За длительное время развития техники очистки пруды использова­лись для очистки, как исходной сточной воды, так и сточной во­ды, предварительно осветленной. Пруды применялись для очистки, как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Однако в на­стоящее время рекомендуется использовать пруды лишь для доочистки биологически очищенной сточной воды, при этом мо­жет быть применена искусственная аэрация (преимущественно с помощью механических аэраторов).

Сточная вода в прудах проходит очистку в течение несколь­ких дней, ее продолжительность изменяется в широких пределах в зависимости от климатических условий. Качество очистки в прудах может быть высоким при условии соблюдения опти­мальных нагрузок по массе поступающих загрязнений. Контроль качества очищенной воды в прудах осуществляется так же, как и при других типах очистных сооружений. Периодически регист­рируется уровень концентрации в воде растворенного кислорода и контролируется состав гидробиоитов.

Лекция 8