Большая Медицинская Энциклопедия. Биологическая очистка сточных вод это


Биологическая очистка сточных вод

Биологическая очистка сточных вод

Содержание

Введение

.Увеличение концентрации активного ила

.Использование технического кислорода для аэрации

.Биоадсорбционный способ биологической очистки сточных вод

.Использование мутагенеза

.Использование специальных штаммов и адаптированных микроорганизмов в очистке сточных вод

Литература

Введение

Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов, использовать органические вещества, находящиеся в сточных водах, в качестве источника питания, при этом происходит их окисление или восстановление. Биологическая очистка сточных вод заключается в функционировании системы «активный ил - сточная вода», характеризуемой наличием сложной многоуровневой структуры. Хлопья активного ила представляют собой «живую систему» - сложную микробную ассоциацию, внутри которой складываются разнообразные взаимоотношения.

Многолетний опыт эксплуатации систем биологической очистки сточных вод, накопленный в нашей стране и за рубежом, изучение кинетики биохимических процессов, создание совершенных конструкций сооружений и аппаратов, разработка адекватных математических моделей и методов оптимизации конструктивных и технологических параметров систем очистки, позволили довести эффективность биологического метода до уровня, дальнейшее повышение которого может достигаться лишь путём принципиального изменения технологии процесса.

Интенсификация процесса биологической очистки сточных вод осуществляется в настоящее время путём повышения концентрации активного ила в зоне аэрации, использование технического кислорода, озона, порошковых и гранулированных сорбентов, применения мутантов, ультразвуковой обработки сточных вод и активного ила, закреплённой биомассы.

1. Увеличение концентрации активного ила

сточная вода биологическая очистка

Эффективность процесса биохимической очистки сточных вод в значительной степени зависит от концентрации активного ила в аэротенке. Большая часть из применяемых в настоящее время математических моделей биохимической очистки сточных вод в аэротенках предполагает обратно пропорциональную зависимость между потребной продолжительностью аэрации сточных вод и концентрацией активного ила. Её увеличение является одним из возможных путей интенсификации работы аэротенков, позволяющих создать высокие нагрузки на единицу объёма сооружения.

Исследования показали, что при увеличении концентрации активного ила до 25 г/л позволяет увеличить окислительную мощность аэротенка по БПКп до 8 - 12кг/м3 сут. и вследствие этого сократить период аэрации в 1,9 раза при сравнительно низких нагрузках на активный ил (0,5 -0,8кг/кг ила в сутки).

Однако наряду с увеличением окислительной мощности аэротенка при увеличении концентрации активного ила возникают сложности с отделением ила и осветлением очищенной воды, которые обусловлены ухудшением седиментационных свойств иловой смеси при увеличении их концентрации. Традиционные сооружения для разделения иловой смеси (отстойники) не могут обеспечить эффективное осветление очищенной воды при концентрации активного ила свыше 4-6г/л. Такая задача может быть решена путём использования новых конструкций аэротенков-фильтротенка, рототенка, вибротенка и турботенка, флотационных илоотделителей.Эти сооружения позволяют поддерживать высокую концентрацию активного ила в зоне аэрации, но сложны в эксплуатации. Кроме того, после них необходимо устройство обычных отстойников, т.к. вынос взвешенных веществ, например, из флототенка составляет 30-150 мг/л, а из фильтротенка превышает 20 -50 мг/л.

Результаты многочисленных исследований процесса биологической очистки сточных вод с повышенной концентрацией активного ила убедительно доказали возможность увеличения этим методом окислительной мощности аэротенка и снижения необходимого времени аэрации. Высокая концентрация активного ила изменяет его свойства - снижается удельная скорость окисления органических соединений, способность иловой смеси к разделению и выпадению ила в осадок. Однако при исключении этих недостатков, метод интенсификации биологической очистки повышенной концентрацией активного ила не позволяет, по сравнению с обычным способом, увеличить глубину очистки по ХПК, снизить содержание специфических загрязнений в очищенной воде, которые обычно трудно подвергаются биологической очистке.

Активный ил под микроскопом

. Использование технического кислорода для аэрации

Недостатки аэрационных систем аэротенков (расход воздуха достигает нескольких десятков м3 на 1м3 сточных вод; расход энергии на 1кг снятой БПК составляет 1-2квт./ч; КПД систем аэрации -1,5 -3%) привели к необходимости применения для биологической очистки вод технического кислорода.

Исследования по применению кислорода для интенсификации биологической очистки сточных вод, включающие разработку специальных сооружений- окситенков, позволяющих эффективно использовать кислород, а также применять этот метод интенсификации в промышленных масштабах показали, что применение чистого кислорода позволяет увеличить концентрацию растворённого кислорода в иловой смеси с 1-2 до 4-8мг/л. При возрастании концентрации кислорода от 0 до 6мг/л окислительная мощность аэротенка увеличивается до 3 -7 кг БПК/м3сут. Дальнейшее увеличение концентрации растворённого кислорода незначительно повышает окислительную мощность сооружения.

Применение технического кислорода при биологической очистке сточных вод не только увеличивает окислительную мощность аэротенка, но и значительно сокращает необходимое время аэрации.

Сокращение времени аэрации, и увеличение окислительной мощности позволяет повысить производительность очистных сооружений.

Кроме того, было установлено, что повышение концентрации растворённого кислорода в аэротенках (окситенках) увеличивает удельную скорость изъятия органических загрязнений, повышает степень очистки.

В последнее время всё большее внимание специалистов привлекает возможность интенсификации биологической очистки сточных вод путём подачи в аэротенк озоно- воздушной смеси. Такой метод интенсификации процесса биологической очистки позволяет значительно повысить эффективность очистки по БПК, ХПК и взвешенным веществам. Подача озоно-воздушной смеси для аэрации с концентрацией озона 1 мг/л увеличивает степень очистки по БПК с 70 до 95%. При подаче озоно-воздушной смеси в импульсном режиме (10-15 минут в час) остаточная ХПК в 1,3 раза меньше, чем при обычной (воздушной), при одинаковом времени аэрации. Экспериментальные исследования показывают, что озон в малых дозах положительно воздействуют на различные процессы, проходящие при биологической очистке сточных вод. Подача озона в иловую смесь в течение аэрации позволяет повысить скорость и степень биологической очистки по БПК и ХПК при одновременном уменьшении времени аэрации. Озонирование влияет на основные характеристики активного ила: уменьшается иловый индекс, время уплотнения активного ила, удельное сопротивление осадка. При этом уменьшается прирост активного ила, что приводит к уменьшению количества избыточного ила и затрат на его обработку.

Использование озоно-воздушной смеси в процессе очистке сточных вод не требует сложного переоборудования действующих аэротенков. Однако широкая реализация преимуществ такого способа сдерживается отсутствием глубокого проработанного обоснования применения озона в технологии очистных сооружений, отсутствием рекомендаций по его практическому применению, оптимальных норм технологических режимов.

Технологическая схема работы одноступенчатого аэротенка

- аэротенк; 2 - циркулирующий активный ил; 3 - насосная станция; 4 - вторичный отстойник; 5 - первичный отстойник; 6 - избыточный активный ил

. Биоадсорбционный способ биологической очистки сточных вод

Биосорбция - это способ, совмещающий процессы адсорбции и биохимического окисления, который широко используют для интенсификации процесса биологической очистки. Эффективность данного способа достигается высокой сорбционной способностью адсорбентов к бактериям активного ила и к самым различным классам органических соединений. Наиболее вероятный механизм действия адсорбентов и активного ила состоит в повышении физиологической активности прикреплённых бактериальных клеток, повышение концентрации субстрата за счёт его сорбции на поверхности адсорбента. обогащение среды экзоферментами.

Вид применяемого сорбента может быть различным. Наиболее часто предлагается для ининтенсификации процесса биологической очистки использовать порошкообразный активный уголь (ПАУ) марки АГ-3, КАД. В качестве сорбента могут применяться и другие материалы, к примеру, дроблённый неактивированный антрацит, сорбент КДТ и др.

Сорбент вводится непосредственно в аэротенк, вместе с циркулирующим активным илом в количестве от 0,1г/л до 10-20г/л. Добавки адсорбентов в аэротенк увеличивают степень очистки сточных вод по ХПК и БПК. К примеру, при очистке сточных вод нефтехимических производств с ХПК=14800мг/л и БПК5=7470мг/л после биоадсорбционной очистки сточная вода имела ХПК и БПК20- 55 и 11 мг/л, против 540 и 280мг/л после обычной биохимической очистки.

Добавки адсорбентов в иловую смесь позволяют повысить глубину очистки по специфическим загрязнителям, содержащимся в сточных водах. Так, при добавлении ПАУ в иловую смесь, степень очистки воды от нефтепродуктов увеличилась на 25-30%.

Во многих исследованиях биосорбционного способа отмечается улучшение седиментационных свойств ила: иловый индекс снижается, уменьшается цветность и запах надиловой воды.

Основным сдерживающим началом применение биосорбционного способа является потеря сорбента за счёт его выноса с избыточным активным илом, потери за счёт истирания при аэрации и выноса из вторичных отстойников.

. Использование мутагенеза

Применение метода химического мутагенеза позволило сформировать популяции микроорганизмов, хорошо адаптированных к повышенным содержаниям субстратов и способных конкурентно подавлять развитие патогенных и нитчатых бактерий. Смена ценоза активного ила идет в направлении приспособления к физико-химической и биологической специфике заданного стока и представляет собой микрофлору, содержащую все ферментные системы, необходимые для деградации характерных для данных объектов загрязняющих веществ. Активный ил после обработки улучшил свои седиментационные свойства. При этом был достигнут устойчивый эффект увеличения скорости и глубины изъятия загрязняющих веществ и улучшения влагоотдающих свойств ила. Кроме того, применение метода химического мутагенеза для улучшения свойств активного ила позволило существенно повысить наследственное разнообразие микроорганизмов активного ила и значительно улучшить качество биологической очистки. Химические мутагены способствуют появлению новых, редких мутаций, полезные свойства которых заключаются в повышении физиологической, повышении его устойчивости к неблагоприятным факторам. В результате мутаций могут возникать совершенно новые ферменты, способные окислять субстрат, не разлагаемый обычным активным илом.

Новые формы микроорганизмов с обогащённым набором ферментов возникают в результате их модификации и мутации. Мутации могут быть естественные с последовательным отбором тех форм, ферментные системы которых соответствуют субстратам окружающей среды и индуцированные непосредственно субстратом, т.е. тем химическим соединением, на которое ферментная система может воздействовать.Обработка активного ила мутагенами позволяет получить активный ил, способный очищать сточные воды с более высокой концентрацией органических загрязнений и с более высокой степенью очистки, чем обычный активный ил. Установлено, что обработка мутагеном активного ила в количестве 0,1 -0,5 от всего объёма, позволяет увеличить степень биологической очистки сточных вод по ХПК с 55-72% до 80 -95%. Мутагенная обработка активного ила позволяет достичь глубокой степени очистки сточных вод, содержащих отдельные виды органических загрязнений. Например, применение мутагенеза позволяет увеличить степень очистки сточных вод, содержащих ПАВ, с 35,3 до 64 %.Применение мутагенеза затруднено тем, что при нестационарном режиме сброса сточных вод на очистные сооружения, с резкими изменениями концентрации загрязняющих веществ, часть мутантов не сохраняется и восстанавливается исходное состояние активного ила. Так же применение химического мутагенеза связано со сложностью обработки активного ила мутагеном. При значительных колебаниях расхода сточных вод и концентрации загрязнений, требует усиленного контроля:

за работой сооружений;

за концентрацией вводимого мутагена;

периодичностью введения и продолжительностью обработки активного ила. Это осложняет работу очистных сооружений Применение данного метода оправдано на локальных установках с относительно постоянным составом загрязнений, для очистки сточных вод конкретного цеха или отдельной производственной установки.

. Использование специальных штаммов и адаптированных микроорганизмов в очистке сточных вод

Еще одним из возможных путей интенсификации процесса биологической очистки сточных вод может быть использование специальных штаммов бактерий и адаптированных микроорганизмов. Использование штаммов микроорганизмов эффективно при очистке сточных вод определённого состава со специфическими загрязнениями. Адаптация их к определённому виду загрязнений позволяет принимать на очистку более высококонцентрированные сточные воды и очищать их с высокой степенью. К примеру, для освобождения сточных вод от пиридина, метанола и уксусной кислоты были выведены специфические комплексы бактерий. Эти микроорганизмы способны в течение трёх суток окислить 98,9 -99,2% метилового спирта при его исходной концентрации 400- 500мг/л, полностью окисляют уксусную кислоту при её концентрации 400 -500мг/л, снижают содержание пиридина на 90 -100% при исходной концентрации 260 -370 мг/л.

Применение специализированных микроорганизмов и биоценозов в обычных аэротенках осложнено тем, что микроорганизмы многих видов чаще всего не образуют зооглейных скоплений, не дают осадка и выносятся из зоны аэрации. Для улучшения отстаивания применяют коагуляцию, флотацию, центрифугирование, что требует дополнительных затрат. При высокой концентрации загрязнений в сточных водах, поступающих на очистку в аэротенки со специализированной микрофлорой, остаточная концентрация загрязнений достаточно велика и необходима доочистка сточных вод на второй ступени обычным активным илом.

Следовательно, применение микробиологических методов целесообразно на локальных установках с небольшим расходом сточных вод и постоянным составом загрязнений, или на сооружениях 1 ступени, после которой следуют сооружения биологической очистки обычного типа.

Литература

1.Рязанов В.Л., Севастьянова Г.С.Развитие и совершенствование способа биохимической очистки сточных вод.,М.,1982.,(Обзор. Информ./ВНИИИС.Сер.9 Инж.обеспечения объектов стр-ва; вып.2).

. Скирдов И.В.,Дмитриева А.А.,Швецов В.Н. Влияние концентрации активного ила на скорость биохимического окисления/ Очистка промышленных сточных вод: Сб. Научн.тр. ВНИИ ВОДГЕО. М.,1974.

.Карелин Я.А.,Жуков Д.Д. И др.. Очистка производственных сточных вод в аэротенках,,М., Стройиздат,1973.

. Яковлев С.В.,Скирдов И.В.,Швецов В.Н., Применение технического кислорода для биологической очистки сточных вод.,//Водоснабжение и сан.техника.1972, №4.

. Ротмистров М.Н..Гвоздяк П,.И.,Ставская С.С. Микробиология очистки воды.,Киев.,Наук. Думка, 1978.

. Раппопорт И.А.,Васильева С.В..Применение химического мутагенеза в биологическом разрушении промышленных химических отходов.//Самоочищение и биоиндикация загрязнённых вод.М..1980.

. Силантьева Н.С.,ЗамелинВ.И.,Федосова Н.Ф. Интенсификация процесса биологической очистки сточных вод с помощью химических мутагенов //Применение химических мутагенов в защите среды от загрязнений и в сельскохозяйственной практике.М.,1981.

. ЧелноковА.А., ТрухачевТ.В.. Астахов В.А. Интенсификация процесса биоочистки сточных вод микропримесями озона // Микробиология очистки воды.: Тезисы докладов 1 Всесоюз.конф..,Киев,1982.

. Хабаров О.С.Безреагентная интенсификация очистки сточных вод., М.,Металлургия,1982.

. Иост Х. Физиология клетки.М.,Мир,1975.

. БрейДж., УайтК. Кинетика и термодинамика биохимических процесссов., М.,1959.

. ХенцеМ, и др. Очистка сточных вод. М., Мир, 2004.

. Воронов Ю.В. Реконструкция и интенсификация работы канализационных очистных сооружений, М., Стройиздат.1990.

. Нечаев А.П.. Славинская А.С. и др, Интенсификация доочистки биологически очищенных сточных вод// Водоснабжение и санитарная техника,1991,№12.

. СтепановА.С., Интенсификация процессов биологической очистки на очистных сооружениях. Самара.//Водоснабжение исанитарная техника.М.,.2006, №9.

diplomba.ru

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД - это... Что такое БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД?

 БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

биологи́ческая очи́стка сто́чных вод, способ очистки бытовых сточных вод в целях санитарной охраны водоёмов. Основана на разложении органических веществ, находящихся в коллоидном и растворённом состоянии, под влиянием микроорганизмов в аэробных условиях. Б. о. с. в. предшествует их механическая обработка, рассчитанная на задержание разных фракций взвесей. Механическую очистку осуществляют с помощью решёток, песколовок и отстойников. Сооружения, применяемые при Б. о. с. в., разделяют на воспроизводящие ход процесса в почвенных условиях (поля фильтрации, поля орошения, биологические фильтры) и воспроизводящие ход процесса в водной среде (биологические пруды, аэротенки). Поля фильтрации представляют собой земельные участки, на которых сточные воды равномерно распределяются и подвергаются очистке при фильтрации через слой почвы. Поля орошения отличаются от полей фильтрации тем, что их используют не только для Б. о. с. в., но и для выращивания на них сельскохозяйственных культур. Биологические пруды — сооружения, в которых Б. о. с. в. протекает в условиях, близких к естественному очищению водоёма. Их можно использовать как высокопродуктивные рыбоводнобиологические пруды. Аэротенки представляют собой прямоугольные резервуары, по которым движется поток сточной воды, искусственно насыщаемой воздухом. В них сточная вода очищается так же, как в биологических фильтрах. Очищенную сточную воду обеззараживают хлорированием. Осадки, выпадающие на разных этапах Б. о. с. в., рекомендуется обеззараживать в метантенках при термофильном процессе сбраживания.

Для очистки жидкого навоза стоков животноводческих комплексов разработана система глубокой механической и биологической очистки стоков. Навоз разделяют на фракции в вертикальных отстойниках с последующим механическим обезвоживанием образующегося осадка и биотермической обработкой твёрдой фракции. Осветлённые в отстойнике стоки направляются в аэротенки продлённой аэрации (2,5 суток). Дальнейшая очистка стоков проводится в биологических или рыбоводнобиологических прудах. Образующийся в процессе обработки иловый осадок обеззараживают термическим путём или вносят на сельскохозяйственные угодья под запашку. Очищенные в биологических прудах сточные воды обеззараживают и используют для технических целей в оборотной системе водоснабжения комплекса, на орошение или сбрасывают в водоём.

Литература:Технология и комплексы машин для уборки, обработки и использования свиного навоза в качестве удобрения, Л., 1975;Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами, в кн.: Охрана окружающей среды, Л., 1978.

Ветеринарный энциклопедический словарь. — М.: "Советская Энциклопедия". Главный редактор В.П. Шишков. 1981.

  • БИОЛОГИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
  • БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБА

Смотреть что такое "БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД" в других словарях:

  • Биологическая очистка сточных вод — метод очистки сточных воды, при котором происходит минерализация (извлечение) органических веществ микроорганизмами сапробионтами. Для сточных вод используются мелководные пруды, биофильтры или аэротенки. По английски: Biological sewage disposal… …   Финансовый словарь

  • биологическая очистка сточных вод — процесс, основанный на способности микроорганизмов, главным образом бактерий, разрушать (минерализовать) в сточных водах любые органические вещества (загрязнения). Осуществляется в аэробных условиях (поля орошения, биофильтры, аэротенки) и в… …   Словарь микробиологии

  • биологическая очистка сточных вод — Технологические процессы очистки сточных вод, основанные на способности биологических организмов разлагать загрязняющие вещества. [ГОСТ 25150 82] Тематики канализация …   Справочник технического переводчика

  • Биологическая очистка сточных вод — один из наиболее распространенных методов очистки воды, при котором происходит минерализация органических веществ микроорганизмами сапробионтами. Для этого используются мелководные пруды и другие бассейны (биофильтры или аэротенки). Экологический …   Экологический словарь

  • Биологическая очистка сточных вод — 24. Биологическая очистка сточных вод Технологические процессы очистки сточных вод, основанные на способности биологических организмов разлагать загрязняющие вещества Источник: ГОСТ 25150 82: Канализация. Термины и определения оригинал документа …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • биологическая очистка сточных вод — способ освобождения жидкой фазы сточных вод от органических веществ, основанный на их окислении и минерализации, протекающих при участии микроорганизмов …   Большой медицинский словарь

  • биологическая очистка сточных вод — технологические процессы очистки сточных вод, основанные на способности биологических организмов разлагать загрязняющие вещества. (Смотри: ГОСТ 25150 82. Канализация.) Источник: Дом: Строительная терминология , М.: Бук пресс, 2006 …   Строительный словарь

  • очистка сточных вод биологическая — Очистка сточных вод путём биохимического разрушения микроорганизмами загрязнений органического происхождения [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики водоснабжение и канализация в целом EN… …   Справочник технического переводчика

  • очистка сточных вод — Обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них определенных веществ. [ГОСТ 17.1.1.01 77] очистка сточных вод Совокупность технологических процессов обработки сточных вод с целью разрушения, обезвреживания и снижения концентрации… …   Справочник технического переводчика

  • Очистка сточных вод — процесс обработки сточных вод на очистных канализационных сооружениях с целью устранения вредного воздействия сточных вод на окружающую среду (главным образом на водоемы), а через её посредство на здоровье человека и разведение… …   Словарь черезвычайных ситуаций

veterinary.academic.ru

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА сточных вод — Большая Медицинская Энциклопедия

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА сточных вод — способ освобождения жидкой фазы сточных вод от органических веществ, основанный на использовании окислительновосстановительных процессов, протекающих при участии микроорганизмов.

В результате Б. о. углеводы и жиры, содержащиеся в сточных водах, распадаются под влиянием микроорганизмов и их ферментов на воду и углекислоту. Белковые молекулы расщепляются через альбумозы и пептоны до аминокислот. Часть аминокислот используется как пластический и энергетический материал размножающимися микроорганизмами, а другая часть подвергается дезаминированию (см.) с образованием аммиака и кислот жирного и ароматического ряда. В аэробных условиях органические к-ты окисляются до углекислоты и воды, а аммиак связывается углекислотой, образуя углекислый аммоний.

Азотсодержащие органические вещества попадают в сточные воды в виде продуктов обмена, в частности в виде мочевины, к-рая под влиянием уробактерий гидролизуется с образованием углекислого аммония. В дальнейшем углекислый аммоний подвергается биохимическому окислению при помощи аэробных бактерий из рода Nitrosomonas и Nitrobacter, впервые выделенных в 1890 г. русским ученым С. Н. Виноградским.

Этот процесс, получивший название нитрификации, проходит в две фазы. В первой фазе биохимического окисления аммонийные соли превращаются в азотистые соединения (см. Нитриты) кокковыми бактериями из рода Nitrosomonas, а во второй — в азотные (см. Нитраты) бактериями рода Nitrobacter. Ход реакции по С. Н. Строганову:

(Nh5)2CO3 + 3O2 ⇆ 2HNO2 + CO2 + 3h3O + 148 кал.

2HNO2 + O2 ⇆ 2HNO3 + 44 кал.

Азотная к-та в виде минеральных солей (нитратов) является конечным продуктом окисления белковых веществ и продуктов их обмена в животном организме. Поэтому по количеству нитратов судят об эффективности биологической очистки. В процессе нитрификации выделяется тепло, которое используется при эксплуатации сооружений биологической очистки сточных вод в зимний период, и накапливается запас кислорода, который может быть использован для биохимического окисления органических безазотистых веществ, когда полностью уже израсходован весь свободный (растворенный) кислород. Под действием денитрифицирующих бактерий, открытых русским ученым В. Л. Омелянским, кислород отщепляется от нитритов и нитратов и вторично используется для окисления органического вещества. Процесс этот называется денитрификацией, под к-рой понимают восстановление бактериями солей азотной к-ты (нитратов) независимо от того, образуются ли при этом соли азотистой к-ты (нитриты), низшие окислы азота, аммиак или свободный азот. При этом в щелочной среде и при широком доступе воздуха восстановительный процесс не идет дальше образования солей азотистой к-ты; а в кислой среде и при затрудненном притоке кислорода восстановление идет до аммиака.

Денитрификацией в более узком значении слова называют разложение азотно- или азотистокислых солей с выделением свободного азота. Не имея свободного кислорода или располагая им в ограниченном количестве, денитрифицирующие бактерии берут его у солей азотной и азотистой кислот и одновременно окисляют безазотные органические соединения, черпая в этом окислительном процессе нужную им энергию. Этот сложный одновременно восстановительный и окислительный процесс может быть (по В. Л. Омелянскому) представлен в виде уравнения (где С — органический углерод):

5C + 4ΚΝO3 = 2K2CO3 + 3CO2 + 2Ν2.

Следовательно, при Б. о. сточных вод одновременно с окислительными протекают и восстановительные процессы денитрификации, при которых микробы потребляют кислород образовавшихся азотных соединений. Этот процесс является важным в начальной стадии очистки сточных вод на всех видах очистных сооружений и особенно для обезвреживания органических веществ, попавших со сточными водами в более глубокие слои почвы. По мере накопления продуктов окисления и насыщения сточной воды свободным кислородом восстановительные процессы замедляются.

Основная задача Б. о.— максимально освободить сточные воды от органических веществ, достигнуть высокого уровня относительной стойкости (стабильности) сточной жидкости, при к-рой значительно ослабляется или вовсе теряется ее способность к загниванию. Относительная стойкость, или стабильность, сточных вод выражается в процентах и составляет отношение количества кислорода, содержащегося в сточной воде в растворенном и связанном с нитритами и нитратами состоянии, к количеству его, необходимому для биохимического окисления всех органических веществ. Величина стойкости определяет сроки загнивания жидкости. Так, при стойкости 50% и t° 20° загнивание начинается на третий день, при стойкости 80% — на седьмой день, при стойкости 99% — на двадцатый день, при стойкости 100% вода не загнивает. При температуре меньше 20° стойкость увеличивается. Стойкость сырой сточной воды обычно меньше 11%, а после полной Б. о. она должна повыситься не менее чем до 99%. В отдельных случаях в зависимости от санитарных, гидрологических, климатических и других условий допускается выпуск сточных вод в водоем с относительной стойкостью 80%.

Для защиты водоемов от загрязнения условия спуска сточных вод должны рассматриваться конкретно по каждому водоему. Определить условия выпуска сточных вод в водоем — это значит рассчитать, какая концентрация загрязнений допускается в определенном количестве спускаемых сточных вод в известный водоем, чтобы не вызвать загрязнения водоема или не нарушить требований, предъявляемых к качеству воды водоема «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» (см. Санитарная охрана водоемов).

Скорость, полнота распада и минерализация органических веществ при Б. о. зависят от ряда условий: массы микроорганизмов, участвующих в Б. о., степени обеспечения их кислородом воздуха, качества и количества органических веществ, поступающих со сточной жидкостью, температуры сточных вод, а также pH среды, присутствия хим. веществ и др. Б. о. сточных вод наиболее успешно происходит при благоприятных условиях (pH сточных вод В пределах 6,5—8,5, температура не ниже 6 и не выше 30°, общая концентрация растворенных солей не более 10 г/л, концентрация хим. веществ в пределах величин, не влияющих на процессы самоочищения) и наличии минимального содержания биогенных элементов (азота аммонийных солей не менее 15 мг/л и фосфатов не менее 3 мг/л). Задача технической организации этого процесса сводится к созданию таких условий, при которых органические вещества сточных вод будут приведены в соприкосновение с аэробными микроорганизмами и кислородом воздуха, а их распад будет идти с возможно большей полнотой и скоростью. Для этой цели служат сооружения Б. о. сточных вод, которые подразделяются на два основных типа: 1) сооружения, в которых Б. о. происходит в условиях, близких к естественным, и 2) сооружения, в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях. К первому типу сооружений относятся поля орошения (см.), поля фильтрации (см.), площадки подземной фильтрации, фильтрующие траншеи с естественным слоем грунта, фильтрующие колодцы и биологические пруды. Ко второму типу сооружений относятся аэротенки, биофильтры, песчаногравийные фильтры, фильтрующие траншеи с насыпным слоем грунта и установки на полное окисление сточных вод (циркуляционные окислительные каналы, окислительные блоки, компактные установки, аэротенки с продленной аэрацией в др.).

Биологические (окислительные) пруды представляют искусственно созданные водоемы, в которых Б. о. протекает в условиях, наиболее близких к естественному ходу самоочищения водоемов. Различают аэробные и анаэробные биологические пруды, размер которых обычно не более 1 га, глубина аэробных прудов не более 1 м, а анаэробных прудов — не менее 2,5 м. Применяются следующие типы аэробных биологических прудов.

Проточные пруды с разбавлением сточной жидкости. Осветленная в отстойниках сточная жидкость разбавляется в 3—5 раз речной водой. Время пребывания очищенной сточной жидкости в пруде составляет 8—12 дней, нагрузка сточной жидкости составляет от 125 до 300 м3/га в сутки.

Недостатком таких прудов является необходимость строить первичные отстойники и сооружать плотину для устройства пруда-резервуара чистой воды.

Проточные пруды без разбавления сточной жидкости впервые были установлены по инициативе С. Н. Строганова на московских полях фильтрации.

Сточная жидкость после предварительного отстаивания проходит серию (4—5) последовательно сообщающихся прудов в течение 30 сут. В первом пруду преобладают микроорганизмы полисапробной зоны, во втором и третьем — альфа-мезосапробной, а в четвертом — β-мезосаиробной зоны. Биологические пруды до начала рабочего цикла должны биологически «созреть» (в течение месяца в летний период). Нагрузка по БПК (см.) на первый пруд (при трех и более прудах) принимается равной 250—300 кг/га в сутки; средняя нагрузка по БПК в зависимости от температуры воды — 50—75 кг/га в сутки.

Контактные пруды. Сточная жидкость подается в серию параллельно расположенных непроточных резервуаров. В стоячей воде процессы происходят ускоренно.

Для средней полосы время контакта варьирует в пределах 8—10 дней, для южных районов — 5 дней. Производительность контактных прудов в 1/2—2 раза больше, чем проточных.

С 1950 г. в Минске ведутся наблюдения над непроточными биологическими прудами, в которых самоочищение сточной жидкости связано с массовым развитием в них наиболее распространенного вида водорослей Chlorella.

В результате фотосинтеза водоросли, усваивая углерод из углекислоты, насыщают и перенасыщают воду кислородом. Значение поступления в воду кислорода в результате реаэрации в этих условиях имеет меньшее значение. В таких прудах развиваются интенсивные окислительные процессы, и через 8 дней наступает практически полная минерализация органических веществ сточных вод и гибель патогенной микрофлоры.

В тех случаях, когда требуется высокий эффект очистки сточных вод перед выпуском их в водоемы, предварительно очищенные сточные воды на сооружениях искусственной биологической очистки подвергаются доочистке в биологических прудах.

Расчетное время пребывания обычно принимается равным 3—5 сут. Нагрузка на пруды принимается с учетом их аэрации, к-рая составляет 6—8 г кислорода на 1 м2 пруда. Этого достаточно для того, чтобы обеспечить доочистку 4000—5000 м3/га сточных вод в сутки.

Основную роль окислителей и минерализаторов органического вещества сточных вод в аэробных прудах выполняет планктон, состоящий из бактерий, водорослей и простейших организмов. Так, количество коловраток в 1 л воды составляет несколько десятков тысяч, а водорослей Chlorella — млрд. в 1 л. Сан. эффект очистки сточных вод в аэробных прудах очень высокий. Сточная жидкость освобождается полностью от яиц гельминтов, кишечная палочка отмирает на 95,9—99,9%, возбудители кишечных инфекций почти полностью погибают, величина БПК снижается до 98%, относительная стабильность повышается до 99%. Однако энергичные окислительные процессы идут в прудах только летом, при температуре воды 8—10° они замедляются вдвое, а при t° 6° практически замирают. Поэтому биологические пруды как самостоятельные очистные сооружения допускается применять в районах со среднегодовой температурой более 10° и для сезонной работы в средней полосе с мая по октябрь. Для доочистки сточных вод они могут использоваться во всех климатических районах, за исключением Крайнего Севера, где допускается их применение только в летнее время.

Анаэробные пруды представляют собой глубокие септические резервуары, в которые поступает сточная жидкость без первичного отстаивания. Разложение органического вещества в них осуществляется анаэробными микроорганизмами (см. Анаэробы), вызывающими метановое брожение при величине pH от 8,5 и выше. Щелочная среда — одно из главных условий процесса анаэробной очистки. Продолжительность пребывания сточной воды в пруду при t° до 12°— 50 сут., выше 12°— 30 сут. Нагрузка по БПК в сутки при температуре до 12°— 350 кг/га, выше 12°— 600 кг/га. Снижение БПК сточной воды за период пребывания ее в анаэробных прудах рекомендуется принимать за 50%. Такие пруды имеют ряд дефектов по сравнению с аэробными: более низкий эффект очистки от органических веществ, загрязнение атмосферного воздуха дурно пахнущими газами гнилостного брожения, опасность загрязнения грунтовых вод патогенными микроорганизмами.

Рис. 1. Аэротенки (Харьковская биологическая станция).

Аэротенки — проточные резервуары (рис. 1) с искусственной аэрацией предварительно осветленных в отстойнике сточных вод в присутствии активного ила. Аэрирование жидкости достигается различными аэраторами: пневматическими, механическими и смешанными. Активный ил представляет собой биоценоз микроорганизмов-минерализаторов в виде хлопьев, способных сорбировать на своей поверхности и окислять в присутствии кислорода воздуха органические вещества сточной жидкости. Наиболее полные исследования по выяснению роли и взаимодействия основных факторов, определяющих ход окислительных процессов в аэротенках, выполнены советскими учеными G. Н. Строгановым, К. Н. Корольковым, Н. А. Базякиной. Ими предложены методы расчета аэротенков, которые используют в отечественной практике.

Рис. 2. Аэротенки (план): 1 — приток сточных вод; 2 — вход аэрированной воды во вторичные отстойники; 3 — фильтрососы; 4 — подача воздуха от компрессора; 5 — регулятор притока воды (стрелками указано направление движения воды, стрелкой справа внизу — движение воздуха).

Аэротенки проектируются глубиной от 3 до 6 м, шириной около 8 м и длиной несколько десятков метров. Для компактности взамен прямого длинного коридора создаются параллельные отрезки с преградами, не доходящими до противоположной короткой стены, и вода проходит нужный путь, делая несколько поворотов (рис. 2). Аэрация не только насыщает воду кислородом, но и не дает осесть хлопьям активного ила, приводя всю массу воды в соприкосновение с ними.

Б. о. сточной воды в аэротенке идет в 4 фазы. I фаза — биосорбция органических веществ хлопьями активного ила. II фаза — биохимическое окисление легко окисляемых углеродсодержащих органических веществ сточных вод до углекислого газа и воды. В этой же фазе выделяется энергия, используемая микроорганизмами для синтеза клеточного вещества активного ила. III фаза — синтез клеточного вещества активного ила из оставшихся органических веществ сточных вод за счет освободившейся во второй фазе энергии.

Синтез клеточного вещества сопровождается увеличением содержания клеточного азота. IV фаза — окисление клеточного вещества активного ила. Затем наступает нитрификация аммонийных солей, освободившихся из окисляемого активного ила. Образовавшиеся при этом нитриты частично подвергаются денитрификации с вовлечением продуктов денитрификации для синтеза нового клеточного вещества или с выделением свободного азота в атмосферу.

Знание фаз очистки позволило предложить ряд разновидностей аэротенков, в которых преобладает одна из перечисленных фаз. Так, использование только первой фазы очистки привело к созданию аэротенков на неполную очистку и аэротенков с контактно-стабилизационным процессом.

Использование первых трех фаз привело к созданию различных конструкций аэротенков на полную очистку. Наконец, использование всех четырех фаз привело к созданию установок с полным окислением сточных вод. Схему работы аэротенка на полную Б. о. можно представить так. Осветленные сточные воды поступают в длинный бетонный резервуар, заполненный смесью сточных вод и активного ила, и, перемещаясь, аэрируются в течение 5 — 7 часов. После окончания процессов биохимического окисления органических веществ смесь активного ила и сточных вод вытесняется новыми порциями сточных вод и поступает во вторичные отстойники для отделения активного ила. Осветленная в отстойниках вода после обеззараживания обычно сбрасывается в водоем, а активный ил направляется снова в аэротенк. В результате такой рециркуляции, а также размножения аэробных микроорганизмов масса активного ила все время возрастает, и поэтому избыток активного ила приходится удалять на иловые площадки или в метантенки для обеззараживания.

Иногда по пути между вторичным отстойником и аэротенком ставят еще одно сооружение, называемое регенератором. Регенератор — это аэротенк, через который проходит только активный ил, интенсивно продуваемый воздухом. Назначение регенератора заключается в доокислении органических веществ, адсорбированных активным илом, и восстановлении способности к участию в процессе очистки. Это особенно важно в тех случаях, когда аэротенки работают на неполную очистку.

Эффект Б. о. сточных вод в аэротенках, работающих на неполную очистку, составляет 50% по БПК, а на полную очистку конечная БПК очищенной сточной жидкости должна составлять не более 15 мг/л. Максимальные технические возможности современных аэротенков на полное окисление таковы, что можно получить очищенную сточную жидкость с БПК 4—6 мг/л. В процессе Б. о. в аэротенках сточная жидкость освобождается на 95—99% от возбудителей кишечных инфекций, энтеро-вирусов, яиц гельминтов. Однако даже при высоком (до 99%) эффекте очистки абсолютное количество санитарно-показательных и патогенных микроорганизмов может достигать нескольких тысяч в 1 мл. Поэтому сточные воды, очищенные в аэротенках, всегда опасны в эпидемиологическом отношении и требуют обеззараживания перед выпуском в водоем, а активный ил, сорбировавший на себе патогенную микрофлору,— обеззараживания на иловых площадках или в метантенках.

См. также Биологические фильтры, Сточные воды.

Библиография: Гончарук Е. И. Сооружения подземной фильтрации бытовых сточных вод, Киев, 1967, библиогр.; Д о л и-в о - Д о б р овольский JI. Б., Кульский Л. А. и Накорчев-с к а я В. Ф. Химия и микробиология воды (основы химической и биологической очистки воды), Киев, 1971; Лапшин М. И. и С т р о г а н о в С. Н. Химия и микробиология питьевых и сточных вод, М., 1938; Очистка сточных вод в биологических прудах, под ред. П. В. Оста-пени, Минск, 1961; Строганов G. Н. и Корольков К. Н. Биологическая очистка сточных вод, М.— Л., 1934, библиогр.; Черкинский С. Н. Санитарные условия спуска сточных вод в водоемы, М., 1971; Eckenfelder W. W. а. О’Connor D. J. Biological waste treatment, N. Y., 1961, bibliogr.; McKinney R. E. Biokatalysts and waste disposal, Sewage a. industr. wastes, v. 25, p. 1064, 1268, 1953; Sawyer C. N. Bacterial nutrition and synthesis, в кн.: Biol, treatment sewage a. industr. wastes, ed. by B. J. Me Cabe a. W. W. Eckenfelder, v. 1, p. 3, N. Y., 1956; Simpson J. R. Biochemical reduction of waste, Process Biochem., v. 5, p. 47, 1970.

E. И. Гончарук.

xn--90aw5c.xn--c1avg


.