применяется для удаления многих растворенных органических и некоторых неорганических сероводорода, сульфидов, аммиака, нитритов и др.) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности – органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода.
Биологическая очистка возможна, если отношение БПК/ХПК больше или равно 67 % (ХПК/БПК ≤ 1,5 ), P:N:C равно 1 :5:100, сточные воды не содержат токсичных для микроорганизмов веществ. Применяется для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод и ПСВ пищевых предприятий.
Аэробные методы (аэротенки, биофильтры, окситенки, биопруды, поля орошения, поля фильтрации). Необходим постоянный приток кислорода и контроль температуры. Анаэробные методы (метантенки).
БПК полн <1000 мг/дм 3 – аэробные методы БПК полн > 5 000 мг/дм 3 – анаэробные методы При 1000 мг/дм 3 < БПК полн < 5 000 мг/дм 3 – экономические показатели одинаковы 5
Конечные продукты анаэробных методов: метан, аммиак, сероводород и др. При высоких значениях БПК применяется сочетание аэробных и анаэробных м-дов: 6 Анаэробный м-д (методы) Аэробный м-д ПСВ
- это железобетонные аэрируемые резервуары. Аэрация необходима для насыщения воды кислородом и поддержания активного ила во взвешенном состоянии. Глубина аэротенков – 2-5 м. Они бывают двух-, трех- и четырехкоридорными.
8 http://ecotrendinc.com/wastewater05.html
Comminutor - дробилка
10 http://www.vodokanal-nn.ru/site.aspx?IID=385685&SECTIONID=385684
11 http://www.vodokanal-nn.ru/site.aspx?IID=385685&SECTIONID=385684
1) аэротенки-вытеснители (СВ и активный ил подают в начало сооружения, а смесь отводят в конце него). Аэротенк имеет 1-4 коридора. До 300 мг/л по БПК СВ АИ Иловая смесь воздух
13 Аэротенки-вытеснители – сооружения с сосредоточенным впуском воды и активного ила в них и со снижающейся нагрузкой на активный ил вдоль сооружения
2) аэротенки-смесители. Воду и ил вводят равномерно вдоль длинных сторон коридора аэротенка (до 1000 мг/л по БПК) СВ АИ Иловая смесь воздух
15 Аэротенки-смесители – сооружения с одинаковой нагрузкой на ил по всему объему сооружения
3) аэротенки промежуточного типа (с рассредоточенным впуском СВ). Занимают промежуточное положение между 1) и 2). СВ АИ Иловая смесь
17 Аэротенки промежуточного типа – это аэротенки с рассредоточенным вдоль сооружения впуском воды и сосредоточенным впуском активного ила в них при циклически изменяющейся вдоль сооружения нагрузке на активный ил.
Перед аэротенком СВ должна содержать не более 150 мг/л ВВ и не более 25 мг/л НП. Температура не ниже 6 и не выше 30 0 С, рН в пределах 6,5 – 9. Концентрация растворенного кислорода – 1,5 – 2 мг/л После контактирования СВ с илом поступает во вторичный отстойник, где происходит отделение ила от воды. Остаточные концентрации: ВВ 10-12, БПК 15-20
При высоких концентрациях применяют двух и даже трехступенчатую биологическую очистку: 19 Аэротенк-смеситель (или аэротенк промежуточного типа) Аэротенк-вытеснитель I ступень биол.очистки II ступень биол.очистки
20 The Microbiology of Activated Sludge http://www.tvt-bio.com/micro2.html 1. Bacteria Бактерии образуют колонии или флокулы, которые могут служить ядром адсорбции загрязнений в СВ. Нитчатые бактерии, присутствующие в больших кол-вах в акт.иле приводят к проблемам в осаждении во вторичных отстойниках 2.Protozoa (протозои) Protozoa - простейшее одноклеточное животное Являются индикаторами состояния активного ила
21 Примеры простейших Amoeba Proteus (length: 600 µm) Амебы обычно представлены в больших количествах во время запуска очистных сооружений, токсических залповых сбросах или низкого содержания растворенного кислорода. Если амебы представлены как доминирующие группы протозоев, это может быть индикатором нестабильности качественного состава СВ и свидетельством болезни активного ила.
22 Bodo candatus (length: 10-25 µm) Bodo candatus - представитель жгутиковых. Имеет овальную форму и 2 жгутика или длинные хвосты. Если жгутиковые представлены как доминирующие группы протозоев, это может быть индикатором нестабильности качественного состава СВ и свидетельством болезни активного ила.
23 Chilodonella uncinata (length: 100-150 µm) - представитель свободно плавающих реснитчатых. Имеются в больших кол-вах, когда популяции бактерий и концентрация растворенного кислорода относительно высоки. Если свободно плавающие реснитчатые представлены как доминирующие среди протозоев, это может быть индикатором того, что качество сточной воды все еще не стабилизировано и активный ил находится в промежуточном положении своего состояния (не болен и не здоров)
24 Aspidisca cicada (length: 25-80 µm ) - представитель ползающих реснитчатых. Двигаются поперек поверхности флокул активного ила. Содержатся в больших кол-вах, когда популяции бактерий и растворенный кислород в больших кол-вах, а кач-во СВ стабильно. Индикаторы стабильности СВ и здорового активного ила.
25 Epistysis sp. (length: 70-100 µm) - это стебельковые реснитчатые с телом в виде трубы. Образуют колонии. Их стебли разветвлены.
26 Suctoria Suctoria – также стебельковые реснитчатые протозои. Тем не менее, представители Suctoria чаще обладают усиками, чем ресничками.
27 Vorticella sp. (length 50-150 µm) и Carchesium sp. (length 100-125 µm) Члены стебельковых ресничатых. Обычно прикрепляются к хлопьям активного ила. Способны свободно плавать. Могут встречаться при низких значениях растворенного кислорода. V о rticella – одиночка, стебли не разветвлены. Carchesium – колониальны и их стебли разветвлены. Стебельковые реснитчатые содержатся в больших кол-вах, когда популяции бактерий и растворенный кислород в больших кол-вах, а кач-во СВ стабильно. Индикаторы стабильности СВ и здорового активного ила.
28 3. Rotifers (length: 100-500 µm) (метазои) - коловратки – микроскопические животные, состоящие примерно из 1000 клеток Коловратка Колония коловраток
29 Коловратки – самый многочисленный вид беспозвоночных, который был обнаружен в активных илах. Коловратки передвигаются либо свободно плавая, либо ползая. Epiphanes sp. and Euchlanis sp. – обычные обитатели активного ила. Epiphanes sp. Euchlanis sp.
30 4. Freshwater Nematodes
31 Нематоды – водные животные, распространены в пресной и соленой воде. Пресноводные нематоды могут обитать в песчаных фильтрах и аэробных очистных сооружениях. Они имеются в больших кол-вах в потоках вторичных очистных сооружений: биофильтрах или аэротенках. Нематоды – составная часть биоценоза, питаются маленькими беспозвоночными или грибами. Nematodes ползают на поверхности хлопьев. Недостаточная активность нематод - один из индикаторов токсичных условий, которые могут быть развиты в процессе очистки.
32 http://www.riparia.org.rs/aqua/activated-sludge.htm Бактерии не единственные живые организмы в активном иле. Другие организмы – грибы ( fungi ), простейшие животные ( protozoans и metazoans ) – также принимают участие в очистке воды. Свободно плавающие реснитчатые питаются бактериальными клетками, уменьшая кол-во свободных клеток в жидкой фазе.
33 http://www.riparia.org.rs/aqua/activated-sludge.htm 4. Aspidisca costata Crawling ciliates "crop" bacteria from floc surface and contribute forming of regular-shaped flocs. Firm and regular-shaped flocs are settled better. Aspidisca costata, a common crawling ciliate in activated sludge is shown in the video clip. Activated sludge sample was taken from Subotica Wastewater Treatment Plant aeration tank
34 http://www.riparia.org.rs/aqua/activated-sludge.htm 5. Water is filtered also by stalked ciliates. Sessile ciliates, attached to flocs with stalks, feed on small particles using their cilia to filter water. Vorticella species are common inhabitants of activated sludge community.
35 http://www.ieua.org/facilities/img/cc-3.jpg
36 6. Multicellular animals (Metazoa) are also present in activated sludge. Rotifers are sometimes found in activated sludge. Like other activated sludge organisms, their contribute floc stabilization.
37 8. Not all microorganisms are "welcome" in wastewater treatment plants. Some of them can complicate treatment processes by changing properties of activated sludge. Filamentous bacteria (нитчатые бактерии), увеличивают иловый индекс активного ила (SVI). «Высовываясь» из хлопка, нити увеличивают сопротивление процессу осаждения, следовательно, иловый индекс увеличивается. http://www.reh.in.rs/activated-sludge-video-guide-2#TOC-7.-Some-activated-sludge-organisms-can-be-used-as-bioindicators
38 Some branched filaments contribute creation of foam in aeration tanks.
Иловый индекс sludge volume index (SVI) – мл/г, введен в 1934 г. Molhman, является стандартной физической характеристикой активного ила - это объем, занимаемый 1 г активного ила, после осаждения иловой смеси в течение 30 мин. С 561 книги теория и практика очистки воды и сточной воды 39
40 http://www.flickr.com/photos/sewerdoc/2317933917/in/photostream/ Очень много фотографий активного ила с комментариями
41 Фазы развития активного ила:
42 1. лаг-фаза (фаза адаптации), которая наблюдается сразу после введения микроорганизмов в контакт с питательной средой и в которой практически не происходит прироста биомассы. Длительность этой фазы зависит как от природы органических веществ и степени адаптированности микроорганизмов к ним, так и от условий, в которую вносится микробиальная масса.
43 2. Фаза экспоненциального роста (фаза ускоренного роста) микроорганизмов, в которой избыток питательных веществ и отсутствие (или незначительное присутствие) продуктов обмена веществ способствуют поддержанию максимально возможной в данных условиях скорости размножения клеток, определяемой лишь биологической сущностью процесса их воспроизводства.
44 3. Фаза замедленного роста, в которой скорость роста биомассы начинает все более сдерживаться по мере истощения питательных веществ и накопления продуктов метаболизма в среде. 4. Фаза нулевого роста (или прекращенного роста), в которой наблюдается практически стационарное состояние в количестве биомассы, свидетельствующее о равновесии между наличием питательных веществ и накопленной биологической массой
45 5. Фаза эндогенного дыхания (или фаза самоокисления), в которой из-за недостатка питания начинается отмирание и распад клеток, ведущиеу снижению общего количества биомассы в биологическом реакторе
- самоокисление АИ. Осуществляется: В аэротенках с продленной аэрацией (процесс называется аэробной стабилизацией) 2) В отдельных резервуарах – аэробных стабилизаторах (процесс наз. аэробной минерализацией). Время пребывания ИАИ в сооружении 7-12 сут. 46
47 Нитрификация процесс перевода нитрифицирующими микроорганизмами (аэробны, грамотрицательны, подвижны, имеют жгутики) аммонийного азота сначала в нитритный, а затем в нитратный: 1) Nitromonas : NH 4 + + 3/2О 2 NO 2 - + 2Н + + Н 2 О 2) Nitrobacter : NO 2 - + 1/2 O 2 NO 3 -
48 Денитрификация - процесс превращения нитратного азота в молекулярный азот с помощью денитрифицирующих бактерий ( Psevdomonas, Achromobacter, Bacillus, Microbacter и др. около 150 видов). Все денитрифицирующие бактерии – аэробы и могут окислять органическое в-во за счет кислорода воздуха, но, попадая в анаэробные условия, используют для окисления кислород нитратов.
Анаэробная зона – 0 мг/л Аноксидная зона – 0,5 мг/л Аэробная – 1,5 – 2 мг/л Время пребывания в сооружении, в среднем, – 12 – 14 ч 49
50 http://apesnature.homestead.com/chapter17.html денитрификатор нитрификатор
51 http://www.wedotanks.com/images/wwtplarge.gif
сооружения, в корпусе которых размещается кусковая или листовая насадка (загрузка) и предусмотрены распределительные устройства для СВ и воздуха. Очистка происходит в биопленке, представляющей собой слой слизистых обрастаний.
Применяют при БПК не более 200 мг/л, 1000 м 3 /сут. Гидравлическая загрузка – 0,5-3 м 3 /(м 2 сут). Высоконагружаемые биофильтры работают при гидравлической загрузке 10-30 м 3 /(м 2 сут).
Биофильтр (аэрофильтр) - очистное сооружение для биологической очистки сточных вод. Биофильтр представляет собой резервуар со сплошными стенками из железобетона и двойным дном: нижним – сплошным и верхним – решетчатым (колосниковая решетка) для поддержания загрузки. В аэрофильтры необходима подача воздуха, необходимого для жизнедеятельности микроорганизмов, в междудонное пространство. В качестве загрузки рекомендуется плоскостная полимерная загрузка. Сточная вода подается в биофильтр через реактивные разбрызгиватели и равномерно распределяется по всей площади фильтра. Затем очищаемая вода проходит через слой загрузки, где происходит окисление органических веществ, растворенных в сточной воде.
http://ecology.alpud.ru/_private/eco3_53.htm 64
закрытые аппараты с подачей технического кислорода. Концентрация р-ренного кислорода – 5 -10 мг/л. Преимущества: Эффективность использования кислорода повышается с 8-9 до 90-95%, Окислительная мощность по сравнению с аэротенками возрастает в 5-6 раз,
3. Улучшаются седиментационные характеристики активного ила, 4. Улучшается бактериальный состав активного ила. 5. В очищенной воде остается больше растворенного кислорода, 6. Не возникает проблем с запахом, т.к. сооружения закрытые. Недостаток: Затраты на получение кислорода.
- специально подготовленные земельные участки, используемые одновременно для очищения СВ и агрокультурных целей. Очистка СВ в этих условиях идет под воздействием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений.
- естественные или искусственно созданные пруды, в которых осуществляется очистка или доочистка предварительно очищенных сточных вод. Снижение БПК от 15 до 3 мг/л, что позволяет сбрасывать СВ в водные объекты.
-сооружения, применяемые для биологической деструкции осадков сточных вод, а также как первую ступень очистки очень концентрированных ПСВ (БПК полн =4-5 г/л). Конечными продуктами брожения являются: спирты, кислоты, ацетон, газы брожения (углекислый, водород и метан).
80 Метантенк http://www.agriprods.com/fileadmin/content/companies/7866_DIA_0_art_digestor_013.jpg
81 http://www.personal.psu.edu/set5099/blogs/english_202c_technical_writing/technical-description.html
82 http://www.greens.com.my/greens/images/stories/Knowledge/pome%20mas.png
83 http://www.rise.org.au/info/Applic/Biogas/image007.jpg
84 http://www.fairfield-city.org/images/ww/Dystors.JPG
85 http://www.water-technology.net/projects/reading_sewage/images/Island-Road-2.jpg
86 http://www.appleton.org/departments/utilities/images/web_pict_anaerob.JPG
87 http://www.r-e-a.net/biofuels/biogas/anaerobic-digestion
88 http://www.dancehammer.com/bgp/Anaerobic_Digestion_files/methanogenesis.png
