Глава 17. Биохимические методы очистки сточных вод

1. Сущность метода биохимической очистки

Биологическое окисление - широко применяемый на практике ме- тод очистки сточных вод, позволяющий удалить из них многие орга- нические и некоторые неорганические (сероводород, сульфиды, амми- ак, нитриты и др.) вещества. Биохимическая очистка сточных вод ос- нована на способности микроорганизмов использовать растворенные и

коллоидные органические загрязнения в качестве источника питания в процессах своей жизнедеятельности. Биологическим путем обрабаты- ваются, подвергаясь частичной или полной деструкции, многие виды органических загрязнений городских и производственных сточных вод. Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы час- тично разрушают их, превращая в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы и др. Другая часть вещества идет на образование био-

массы.

Широкое использование биохимического метода обусловлено его достоинствами: возможностью удалять из сточных вод разнообразные органические и некоторые неорганические соединения, находящиеся в воде в растворенном, коллоидном и нерастворенном состоянии, в том числе токсичные; простотой аппаратурного оформления, относительно невысокими эксплуатационными затратами, глубиной очистки. К не- достаткам следует отнести высокие капитальные затраты, необходи- мость строгого соблюдения режима очистки, токсичное действие на микроорганизмы ряда органических и неорганических соединений, не- обходимость разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей.

Для определения возможности подачи промышленных сточных вод на биохимические очистные сооружения устанавливают макси- мальные концентрации токсичных веществ, которые не влияют на процессы биохимического окисления (МК_б) и на работу очистных со- оружений (МК_бос). При отсутствии таких данных возможность биохи- мического окисления устанавливается по биохимическому показателю БПК_п/ХПК. Для бытовых сточных вод это отношение составляет при- мерно 0,86, а для производственных изменяется в очень широких пре- делах: от 0 до 0,9. Сточные воды с низким отношением БПК_п/ХПК, как правило, содержат токсичные примеси, предварительное извлечение которых может повысить это отношение, т.е. обеспечить возможность биохимического окисления. Поэтому сточные воды не должны содер- жать ядовитых веществ и примесей солей тяжелых металлов. Биохи- мическую очистку считают полной, если БПК_п очищенной воды со- ставляет менее 20 мг/л и неполной, если БПК_п  20 мг/л. Такое опреде- ление условно, так как даже при полной биохимической очистке про- исходит лишь частичное освобождение воды от суммы находящихся в ней примесей.

Биологическое окисление осуществляется сообществом микроор- ганизмов (биоценозом), включающим множество различных бактерий, простейших, а такжзе водорослей, грибов и т.д., связанных между со- бой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза,

симбиоза и антоганизма). Главенствующая роль в этом сообществе принадлежит бактериям, число которых варьируется от 10⁶ до 10¹⁴ кле- ток на 1 г сухой биомассы. В процессе биохимического окисления при аэробных условиях сообщество микроорганизмов носит название ак- тивного ила или биопленки. Активный ил состоит из живых микроор- ганизмов и твердого субстрата и по внешнему виду напоминает хлопья коагулянта с цветом от белесо-коричневого до темно-коричневого. Скопления бактерий в активном иле окружены слизистым слоем ( кап- сулами) и назвываются зооглеями. Они способствуют улучшению структуры ила, его осаждению и уплотнению.

Активный или представляет собой амфотерный коллоид, имею- щий в интервале значений рН=4-9 отрицательный заряд, и обладаю- щий большой адсорбционной способностью за счет развитой суммар- ной поверхности бактериальных клеток. Адсорбционная способность активного ила с течением времени понижается из-за насыщения за- грязнениями сточной воды. Процесс восстановления идет за счет жиз- недеятельности микроорганизмов, заселяющих активный ил, и называ- ется регенерацией.

Несмотря на существенные различия очищаемых сточных вод, элементарный химический состав активных илов достаточно близок, хотя и неидентичен. Это сходство есть результат общности его основы

- бактериальных клеток. В состав клеток входят H, N, S, C, O, P, зола, белок, а также различные микроэлементы - B, V, Fe, Co, Mn, Mo, Cu и др. Н, N, C и О образуют группу органогенных веществ, эти элементы входят в бактериальные клетки в виде воды, белков, жиров и углево- дов; 80-85 % веса микробов составляет вода.

Сухое вещество активного или представляет собой комплекс ми- неральных (10-30 %) и органических (70-90 %) веществ. Основную массу органических соединений составляют белки. В состав зольных частей клеток входят микроэлементы - Ca, K, Mg, S, Mn, Cu, Na, Fe, Zn и др. Кроме того для построения бактериальной клетки необходимы биогенные элементы - фосфор, азот, калий.

Качество ила определяется скоростью его осаждения и степенью очистки воды. Состояние ила характеризует иловый индекс, представ- ляющий собой отношение объема осаждаемой части активного ила к массе высушенного осадка (в граммах) после отстаивания в течение 30 минут. Чем больше иловый индекс, тем хуже оседает ил.

Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очист- ки. Аэробные методы основаны на использовании аэробных групп микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходим посто- янный приток кислорода и температура 20-40 ^оС. При изменении тем-

пературного и кислородного режимов состав и число микроорганизмов меняется, они культивируются в активном иле или биопленке. Ана- эробные методы протекают без доступа кислорода, их используют главным образом для обработки осадков.

Всю совокупность сооружений биологической очистки можно разделить на три группы по признаку расположения в них активной биомассы: 1) активная биомасса закреплена на неподвижном материа- ле, а сточная вода тонким слоем скользит по материалу загрузки; 2) ак- тивная биомасса находится в воде в свободном (взвешенном) состоя- нии; 3) сочетание обоих вариантов расположения биомассы.

Первую группу сооружений составляют биофильтры; вторую -

аэротенки, циркуляционные окислительные каналы, окситенки; третью

• погружные биофильтры, биотенки, аэротенки с заполнителями. Все эти сооружения работают в искусственных условиях.

Биологическая очистка может также осуществляться в естествен- ных условиях на сооружениях почвенной очистки и в биологических прудах.