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.