Биологическая очистка сточных вод выполняется для вод, содержащих высокие концентрации органических загрязнений, а также иные соединения, являющиеся биологически разлагаемыми. Данный процесс основан на способности некоторых микроорганизмов использовать загрязняющие сточные воды вещества для питания в процессе своей жизнедеятельности.

Основной процесс, протекающий при биологической очистке сточных вод, это биологическое окисление. Данный процесс осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), состоящим из множества различных бактерий, простейших водорослей, грибов и др., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма). Главенствующая роль в этом сообществе принадлежит бактериям. Очистку сточных вод рассматриваемым методом проводят в аэробных (т. е. в присутствии растворенного в воде кислорода) и в анаэробных (в отсутствие растворенного в воде кислорода) условиях.

Рост биологической культуры происходит в 3 стадии : 1. Сорбция вещества на поверхности клетки активного ила, массопередача органического вещества и кислорода из жидкости к поверхности клетки 2. диффузия растворенного вещества через полупроницаемую мембрану 3. Метаболизм продуктов окисления, сопровождающийся приростом биомассы, выделением энергии, СО 2 Интенсивность и эффект биологической очистки определяется скоростью размножения бактерий.

I - лаг-фаза (фаза адаптации к иловой среде): взвешенные и коллоидные вещества адсорбируются активным илом. Окислительные процессы начинаются в очень слабой степени. Начинается прирост биомассы с увеличивающейся скоростью II - экспоненциальная фаза : период самого быстрого развития микроорганизмов. Все питательные вещества присутствуют в избытке и развитие не тормозится продуктами обмена веществ. Преобладают процессы окисления загрязнений III – фаза созревания активного ила IV - самоокисление : начинается медленный, а затем все более быстрый распад клеток. V – гибель клеток

Способность микроорганизмов окислять органические вещества определяется активность их ферментов. Для переработки сложных производственных сточных вод биоценозу ила необходимо различных ферментов. Набор системы ферментов зависит от: 1. концентрации и состава примесей сточных вод 2. скорости образования ферментов 3. Физиологической стадии развития микроорганизмов

Факторы, влияющие на процесс биологической очистки : 1. температура 2. рН 3. наличие и концентрация токсичных веществ 4. доза и возраст ила 5. перемешивание 6. наличие биогенных элементов 7. концентрация кислорода 8. Регенерация активного ила

Температура Оптимальный диапазон С Самая высокая степень окисления при С При температуре свыше 40 0 С наступает гибель порядка % клеток активного ила. При температуре ниже 10 0 С физиологические процессы резко снижаются. Кратковременное снижение или повышение температуры более чем на 10 0 С приводит к гибели ила. Изменение температуры изменяет концентрацию кислорода в воде.

РНРН Эффективная очистка происходит при рН 6,5- 8,5. Для предприятий по производству хлебобулочных изделий, синтетических жирных кислот, спиртовых и ликеро- водочных заводов эффективный диапазон рН 6,5-9,5 в связи с развитием определенных видов дрожжей и грибов.

Токсичные вещества Многие вещества нарушают жизнедеятельность микроорганизмов. При значительных концентрациях фенолов, формальдегида происходит денатурация белка протоплазмы, а эфиры и ацетон разрушают оболочку клетки. Тяжелые Ме при проникновении в клетку вступают в химические реакции и отравляют клетку изнутри.

Доза ила Средняя концентрация активного ила 2-4 г/л. Повышение дозы активного ила увеличивает скорость потребления загрязнений, но требует увеличения концентрации кислорода и вызывает сложность в эксплуатации вторичных отстойников

Перемешивание Влияет на процесс столкновения загрязнений с клетками активного ила, обеспечивает поддержание активного ила во взвешенном состоянии. Процесс перемешивания осуществляют системой аэрации. Слишком интенсивное перемешивание иловой смеси в аэротенке приводит к ухудшению процессов седиментации ила и разрушению хлопьев. Недостаточное перемешивание ведет к образованию залежей ила в аэротенках, его гниению, нарушению процессов метаболизма.

Концентрация кислорода Для дыхания достаточно 0,5 мг/л. Однако при выделении продуктов метаболизма возможно отравление активного ила и его гибель. Поэтому в аэротенках поддерживают некоторый избыток растворенного кислорода для самоочищения ила от продуктов метаболизма. Оптимальное количество кислорода – 2-3 мг/л. Для проведения процессов нитрификации – 3-5 мг/л. Концентрация свыше 5 мг/л экономически не обоснована и практически не влияет на качество очистки.

Наличие биогенных элементов БПК:N:Р 100:5:1 Азот и фосфор являются необходимыми компонентом клеточного материла. Азот - строительная основа Фосфор участвует в процессах метаболизма как энергетическая составляющая. В промышленных сточных водах при нарушении соотношения БПК:N:Р биогенные элементы необходимо дозировать: сульфат и нитрат аммония, мочевина, ортофосфорная кислота. Вводимые вещества не должны образовывать нерастворимых осадков. Для разных производств соотношение БПК:N:Р может меняться: НПЗ - БПК:N:Р 100:5:13 Завод пластмасс БПК:N:Р 100:3,9:0,8 СЖК БПК:N:Р 100:3:0,8

Регенерация активного ила Позволяет сократить общий объем аэротенков на 5-15% и улучшить осаждаемость ила. Для этого перед подачей ила в аэротенк его выдерживают в регенераторах (совместные или отдельные). Регенерация активного ила обеспечивает протекание следующих процессов: 1. Частичное или полное окисление коллоидных и растворенных трудноокисляемых примесей, находящихся в возвратном иле 2. Ускорение процессов окисления, продуктов метаболизма вследствие более высокой концентрации активного ила в регенераторе ( 7 – 8 г/л) 3. Изменение видового состава микроорганизмов из-за аэрации и развития простейших, нитчатых 4. Увеличение физиологической активности бактерий, обусловленное усиленной аэрацией, размножением

Сооружения биологической очистки условно делят на 2 типа, в которых: 1. Процессы протекают близко к естественным; 2. Очистка происходит в искусственно созданных условиях. К первым относятся: - поля орошения; - биологические пруды. Ко вторым относятся: - биофильтры; - аэротенки

Аэротенки Аэротенки можно классифицировать по следующим признакам: по структуре потока: 1. аэротенки-вытеснители 2. аэротенки-смесители 3. аэротенки с рассредоточенным впуском сточной жидкости (промежуточного типа)

а аэротенк-вытеснитель; б аэротенк-смеситель; в аэротенк промежуточно¬го типа; 1 сточная вода; 2- возвратный активный ил; 3- аэротенк; 4 иловая смесь.

Схема мембранного биореактора: 1 - реактор, 2 - аэратор, 3 - половолоконные мембраны, 4 - воздух, 5 - очищенная вода, 6, 9 - насосы, 7 - манометр, 8 – фильтрат.

SBR-технология Биологическая очистка сточных вод SBR технологии, или биологическая очистка сточных вод в периодическом режиме. Целесообразность применения технологии биологической очистки периодического действия вызвано рядом представленных условий: - высокая эффективность очистки стоков; -минимальная площадь очистных сооружений; невысокая стоимость очистных сооружений; закрытое исполнение очистных сооружений; полная автоматизация работы очистных сооружений.

Технологические особенности биологической очистки в периодическом режиме. Основная особенность технологии периодической биологической очистки состоит в том, что все биохимические процессы (полного окисления органики, нитрификации аммоний-ионов, денитрификации нитрит- и нитрат-анионов, биологического и химического удаления фосфора), а также вспомогательные процессы загрузки, отстаивания, выгрузки (декантации) очищенной воды осуществляются в одном резервуаре.

Эта технология позволяет принимать стоки с высоким коэффициентом неравномерности поступления и практически не зависит от качества поступающей воды. Применение технологии SBR позволяет легко регулировать и при необходимости быстро изменять время пребывания очищаемой воды в биореакторе, концентрацию активного ила, нагрузку на ил, его возраст, концентрацию растворенного кислорода, время отстаивания, загрузки и выгрузки. Все технологические операции в биореакторе осуществляются по заданной временной программе и контролируется по показаниям датчика концентрации кислорода, т.е. по потреблению кислорода.

Вторая особенность технологии SBR – сохранение осевшего активного ила в биореакторе после завершения периода очистки сточных вод. Объем осевшего ила составляет от 35 до 45% полного объема биореактора, его концентрация по беззольному веществу биомассы (БВБ) от 12 до 15 кг/м 3. Путем отбора или удержания в биореакторе избыточного ила осуществляется коррекция концентрации активного ила при каждой новой порции очищаемого стока. Таким образом, регулируется рабочая концентрация активного ила, его возраст и нагрузка на ил в необходимых пределах, соответствующих изменению состава или концентрации загрязняющих веществ в сточной воде.

Третья особенность технологии SBR – автономная система аэрации иловой смеси в биореакторе. Аэрация осуществляется механическими турбоаэраторами на плавающей платформе. Благодаря приводу с частотными преобразователями частота вращения мешалок может изменяться в широких пределах.

В биореакторе размещено следующее оборудование: -турбоаэратор механический поверхностный. - декантер; - мешалка механическая ; - насосы откачивания избыточного активного ила.

Турбоаэратор механический поверхностный предназначен для насыщения кислородом смеси активного ила и обрабатываемой сточной воды. На поверхности воды турбоаэратор держится благодаря плавающим платформам, которые закреплены на трёх жестких металлических рычагах. Рычаги разнесены друг относительно друга на 1200 и шарнирно закреплены к стенкам SBR – реактора. Режим работы турбоаэратора автоматический от датчика кислорода.

Декантер, предназначен для откачивания биологически очищенной, осветлённой сточной воды. Декантер оборудован грузоподъёмным механизмом (лебёдкой), который автоматически позволяет опускать приёмную часть декантера на расчётную глубину,с которой производится забор отстоянной биологически очищенной воды. Мешалка механическая предназначена для перемешивания смеси активного ила и сточной воды на аноксидно/анаэробных стадиях обработки. Процесс перемешивания производится в автоматическом режиме. Насосы откачивания избыточного активного ила предназначены для откачивания из реакторов избыточного активного ила в илоуплотнители. Предусмотрена стационарная, погружная установка насосов. Насосы крепятся к напорным трубопроводам при помощи автоматических муфт, к которым опускаются по направляющим. На напорном трубопроводе, после каждого насоса устанавливается электрифицированная задвижка.

Работа каждого биореактора состоит из последовательных фаз: наполнение, аэрация, отстаивание и декантация. Начальная фаза. В данной фазе биореактор готов к работе. Приблизительно половина объёма биореактора занята активный ил.

Первая фаза. Наполнение и перемешивание. Насосами насосной станции сточная вода по трубопроводам подаётся в SBR-реактор и перемешиваются с активным илом в анаэробных условиях. Эта фаза очень существенна для систем с большим содержанием органических загрязнений. Поступление сточных вод продолжается в условиях перемешивания и периодической аэрации, до наполнения биореактора до расчётного (заданного) объёма. Чередование аэробных или анаэробных условий ведет к созданию процессов нитрификации и денитрификации. Изменение скорости производиться автоматически в зависимости от сигнала датчика кислорода.

Вторая фаза. Аэрация. Когда биореактор наполнился, подача воды прекращается. Вновь поступающая вода подаётся в следующий биореактор находящийся в «Начальной фазе». Циклы перемешивание и аэрация продолжаются до полного прекращения потребления кислорода илом. Это означает что ил окислил все органические загрязнения поступившие в биореактор. Прерывистая работа турбоаэратора приводит к значительной экономии энергии.

Третья фаза. Отстаивание. В этой фазе перемешивание и аэрация прекращаются. Отстаивание ила происходит в идеальных условиях.

Четвёртая фаза. Декантация. В этой фазе происходит откачивание биологически очищенной воды при помощи деканторов. Декантор забирает чистую воду из верхнего слоя отстоянной воды и водит её из биореактора. Отвод биологически очищенной воды производится в насосную станцию перекачивания сточных вод в резервуар- усреднитель.

Пятая фаза. Отбор избыточного ила. Избыточный активный ил откачивается насосами и подаётся в илоуплотнители, после удаления из системы избыточного количества ила SBR-биореактор возвращается в начальную фазу и готов к приёму следующей порции сточной воды. Общее время протекания всех фаз составляет 12 часов.