Принципы очистки сточных вод в аэротенках и Основные характеристики активного ила

В аэрационных сооружениях микробиальная масса пребывает во взвешенном в жидкости состоянии в виде отдельных хлопьев, представляющих собой скопления микроорганизмов, простейших и более высокоорганизованных представителей фауны (коловратки, черви, личинки насекомых), а также водных грибов и дрожжей. Данные биоценоз организмов, развивающихся в аэробных условиях на органических загрязнениях, содержащихся в сточной воде, получил название активного ила. Доминирующая роль в нем принадлежит различным группам. Хлопьеобразующая способность активного ила зависит главным образом от наличия питательных веществ: при слишком высоком их содержании происходят рассеивание колоний и появление нитчатых форм микроорганизмов; при их недостатке, хотя нитчатые формы микроорганизмов практически отсутствуют, размеры хлопьев ила уменьшаются и ухудшаются его седиментационные свойства. Роль микроорганизмов и простейших в активном иле заключается в поддержании определенного равновесия видового и количественного состава ила, достаточно хорошо приспособленного к тем или иным условиям, господствующим в аэрационном сооружении, а также полноты протекания биохимических превращений, которым подвергаются органические соединения. Способность клетки вырабатывать многообразие ферментов объясняет ее высокую адаптируемость к различным видам и концентрациям загрязнений, присутствующих в сточных водах. На современном этапе, активный ил — это скопление микроорганизмов, в которых клетки окутаны густой «паутиной» растворимых или слаборастворимых внеклеточных полимерных образований, состоящих из полисахаров, протеинов, РНК, ДНК, которые содержат много “ключевых“ функциональных групп (карбоксильные, гидроксильные,.), ведущих себя как анионные связующие площадки. С инженерной точки зрения определяющими для технологического и конструктивного оформления процесса биологической очистки будут являться скорости изъятия загрязнений из очищаемой воды, т.е. собственно процесса очистки воды и скорости биохимического разложения изымаемых загрязнений и в этой связи представляют интерес основные закономерности развития колонии микроорганизмов, вводимой в контакт с жидкостью, содержащей питательные вещества, при достаточном обеспечении ее растворенным кислородом.

 

В данном развитии можно выделить следующие фазы:

I – лаг-фаза, или фазу адаптации. Она наблюдается сразу после введения микробиальной культуры в контакт с питательной средой и в которой практически не происходит прироста биомассы. Длительность этой фазы зависит как от природы органических веществ и степени адаптированное микроорганизмов к ним, так и от условий, в которые вносится микробиальная масса;
II – фаза экспоненциального роста (ускоренного роста) микроорганизмов, в которой избыток питательных веществ и отсутствие (или весьма незначительное присутствие) продуктов обмена веществ способствуют поддержанию максимально возможной в данных условиях скорости размножения клеток, определяемой лишь биологической сущностью процесса их воспроизводства;
III – фаза замедленного роста, в которой скорость роста биомассы начинает все более сдерживаться по мере истощения питательных веществ и накопления продуктов метаболизма в культуральной среде;
IV – фаза нулевого роста (или прекращения роста), в которой наблюдается практически стационарное состояние в количестве биомассы, свидетельствующее о равновесии между наличием питательных веществ и накопленной биологической массой;
V – фазу эндогенного дыхания (или фазу самоокисления), в которой из-за недостатка питания начинаются отмирание и распад клеток, ведущие к снижению общего количества биомассы в биологическом реакторе.

Необходимый возраст микробиальной культуры, ее высокая метаболическая активность и хорошая седиментационная способность достигаются поддержанием лишь необходимого количества биомассы в аэрационном сооружении за счет выведения из него ее прироста и обеспечением соответствующей длительности контакта биомассы с загрязнениями.

Таким образом соотношение между количеством питания и массой микроорганизмов в биологическом реакторе является важнейшей характеристикой, определяющей условия протекания в нем биохимических процессов. Применительно к аэрационным сооружениям эта характеристика получила название «нагрузки загрязнений на ил». Под ней понимается количество поступающих со сточной водой загрязнений, приходящееся на единицу массы ила в единицу времени. Выражается эта величина обычно в мг или г загрязнения (ХПК, БПК или любого другого загрязнения) на 1 г сухого вещества ила в 1 ч или в 1 сут. Вместо сухого вещества может быть оценена сухое беззольное вещество.

Массу ила в аэрационном сооружении выражают через его концентрацию в иловой смеси в граммах сухого вещества ила в 1 л или в 1 м³ иловой смеси. Концентрацию активного ила, поддерживаемую в эксплуатационном режиме аэрационного сооружения, называют

«дозой активного ила» или "рабочей дозой". Среднюю нагрузку на активный ил, например, по загрязнениям, выраженным через БПК, рассчитать по формуле

qi=

Lеn- БПК поступающей в аэрационное сооружение сточной жидкости,

мг/л или г/м³;

S-зольность ила, доли единицы;

ai-доза ила, выражаемая в г/л, если БПК выражена в мг/л, и в г/м3, если БПК выражена в г/м³;

tаt- длительность пребывания жидкости в аэрационном сооружении.

Однако средняя нагрузка на ил еще не означает, что все поступившее в сооружение количество загрязнений будет изъято активным илом. В биологически очищенной сточной воде может оставаться количество загрязнений, зависящее от глубины очистки сточной воды. При полной биологической очистке после отделения активного ила это количество составляет 12-20 мг/л по БПК_П0ЛН. Разница между поступающей в аэрационное сооружение и выходящей из него БПКП0ЛН называется снятой БПК_П0ЛН. Ее отношение к массе ила и длительности аэрации т.е. удельной скорости изъятия загрязнений из очищаемой воды, является скоростью очистки, которую выражают в ил или БПК_П0ЛН на 1 г. Беззольного вещества или в 1 час. Расчет производиться по формуле

Р₂ =

в аэрационное сооружение сточной жидкости,

мг/л или г/м³;

Несмотря на аналогичность математического выражения нагрузки на ил и скорости изъятия загрязнений между этими параметрами имеется глубокое различие нагрузка на ил носит скорее физический смысл и в определенной степени может иметь даже произвольный характер, а удельная скорость изъятия загрязнений отражает биохимическую сущность процесса потребления загрязнений и их окисления активным илом, находящимся в тех или иных конкретных технологических условиях. Следовательно важной характеристикой метаболической активности ила, отмечавшейся выше, является возраст ила, под которым понимается средняя продолжительность его пребывания в сооружениях биологической очистки. Возраст ила рассчитывается по формуле

Где -объемы соответственно аэротанках, каналов, отстойных зон сооружений ила отделения м³

ai- средняя концентрация активного ила в иловой смеси в аэротенках и каналах г/л кг/м³;

ai-- средняя концентрация активного ила в отстойной зоне сооружения илаотделения г/л кг/м³;

Q- расход очищаемой воды м³ /сут

Пр- прирост активного ила г/л кг/м³;

 

Эффективность работы аэрационных сооружений оценивается такими показателями, как степень очистки по БПКП0Лн (ХПК), прирост ила, остаточные концентрации в очищенной воде БПКПОлн5 азота аммонийного, нитритов, нитратов, соединений фосфора или какого-либо конкретного загрязнения, взвешенных веществ после отделения ила.