Очистка сточных вод с помощью УБП БИУС

В естественных природных экологически чистых условиях существует соотношение углерода к азоту и фосфор, C/N/P равно 125 / 5 / 1. Изменение соотношения азот/ фосфор в сторону фосфора приводит к изменению эко-равновесия, разрушению биоценоза, зарастанию водоёмов цианобактериями, которые вырабатывают токсины, которые уничтожают эндемичную микрофлору, водоросли, рыбу и т.д. УБП БИУС не содержит фосфора и не влияет на естественное природное соотношение N/Р.

BIUS не приводит к изменению и мутации аборигенных микроорганизмов, а вызывает усиление метаболизма местных бактерий, их развитие и стимуляцию роста, не содержит бактерий и спор микробов.

Безусловно, в Российской Федерации требования к качеству воды, которая сбрасывается в водоемы рыбохозяйственного назначения, существенно жестче, чем в странах Западной Европы и США, однако их достижение на очистных сооружениях не является проблемой.

НИТРИФИКАЦИЯ

В аэробной зоне аэротенка, работающего по рассматриваемой схеме, реализуется процесс нитрификации, который является первым этапом биологического удаления азота из сточных вод и представляет собой сначала окисление солей аммония до солей азотистой кислоты (нитритов) (1-я стадия), а затем окисление нитритов до нитратов (2-я стадия).

Основными факторами, влияющими на эффективность процессов нитрификации в аэротенках, являются:

• температура сточных вод;
• концентрация растворенного кислорода;
• кислотность среды;
• аэробный возраст активного ила;
• наличие/отсутствие ингибирующих веществ.

КОНЦЕНТРАЦИЯ РАСТВОРЕННОГО КИСЛОРОДА

Концентрация растворенного кислорода является необходимым показателем технологического контроля процесса денитрификации. Кислород ингибирует процесс денитрификации, т.к. в присутствии кислорода микроорганизмы-денитрификаторы переключаются с нитратного на аэробное окисление органических соединений. Максимальная концентрация растворенного кислорода в зоне денитрификации не должна превышать 0,15 мг/л.

Представленная на графике зависимость показывает, что при концентрации растворенного кислорода в аэробной зоне биореактора (аэротенка) менее 2 мг/л скорость роста нитрифицирующих микроорганизмов 2-й стадии процесса нитрификации ниже скорости роста нитрифицирующих микроорганизмов, участвующих в окислении аммонийного азота до нитритов. В результате наблюдается превышение содержания в очищенной воде нитритов над проектными значениями.

ДЕНИТРИФИКАЦИЯ

Процесс денитрификации представляет собой окисление органических веществ связанным кислородом нитратов, в результате чего нитраты переходят в молекулярную форму. Бактерии-денитрификаторы являются гетеротрофами и представляют собой группу факультативных анаэробов, т.е. при наличии кислорода они предпочитают в качестве окислителя именно его.

Скорость процесса денитрификации зависит от следующих факторов:

• температура сточных вод;
• кислотность среды;
• количество и фракционный состав органических соединений;
• концентрация растворенного кислорода.

Самым распространенным способом очистки бытовых, городских и ряда промышленных сточных вод на сегодняшний день является биологическая очистка методом искусственного аэрирования в специальных сооружениях-бассейнах, получивших название «аэротенки». Процесс очистки в них осуществляет так называемый «активный ил» – особое сообщество микроорганизмов различных сложноорганизованных иерархически групп (бактерий, грибов, вирусов, одноклеточных и многоклеточных беспозвоночных). Состав такого сообщества формируется самостоятельно. Организмы активного ила не рассеиваются равномерно в сточной воде, а образуют своеобразные хлопьевидные структуры, легко оседающие при непродолжительном отстаивании.

Основную роль в биологической очистке сточной воды играют бактерии. Они способны разрушать любые органические соединения естественного происхождения и некоторые неорганические (нитраты, нитриты, хроматы, сульфаты, фосфаты и т.д.). Бактерии обладают гораздо большей, по сравнению с другими организмами активного ила, устойчивостью к действию ядовитых веществ. Часто при поступлении на очистные сооружения сточных вод, содержащих высокотоксичные соединения, бактерии остаются единственными обитателями аэротанков. Кроме того, бактерии быстро «приобретают» способность утилизировать ранее не существовавшие в природе соединения (детергенты, лекарственные препараты, пестициды и др.). Количество бактерий в активном иле достаточно велико и составляет от 108 до 1014 клеток на 1 г сухого вещества. Состав бактериального населения активного ила в первую очередь определяется составом обрабатываемой воды и условиями, в которых осуществляется процесс очистки.

Кроме бактерий активную роль в очистке воды от органических соединений играют грибы. Однако в обычных условиях их количество незначительно. Развиваются, в основном, многоклеточные плесневые грибы, но иногда появляются грибы с одноклеточным мицелием и дрожжи. В водной среде грибы размножаются в основном вегетативным способом, плодовые тела не образуют, и поэтому их определение весьма затруднительно. Массовое развитие грибов нежелательно, т.к. их мицелий препятствует оседанию активного ила. В то же время при очистке некоторых видов сточных вод, содержащие трудно окисляемые и токсичные соединения, в частности фенолы, возможно применение грибных илов, способных эффективнее, чем бактерии, утилизировать эти примеси.

Из животного населения очистных сооружений наиболее многочисленны простейшие: жгутиконосцы, амебы, инфузории. Их функции в активном иле весьма многообразны. Прежде всего, питаясь бактериями, простейшие регулируют их численность в илах и способствуют омоложению ила. Простейшие выполняют также санитарную роль, поедая наряду с сапрофитами (микроорганизмы, разрушающие отмершие остатки живых существ, превращающие их в неорганические и простейшие органические соединения), патогенные микроорганизмы.

Установлено, что в присутствии простейших снижение численности БГКП (бактерий группы кишечной палочки) происходит в несколько раз быстрее, чем в чисто бактериальных илах. Важнейшая функция простейших – очистка воды от взвешенных веществ. Прозрачность сточной воды в присутствии простейших значительно повышается. Пропуская через свой организм мелкие взвешенные в воде частицы, простейшие склеивают их и выбрасывают обратно в воду уже в виде сравнительно крупных, легко оседающих компактных комочков.

Кроме простейших фауна аэротенков представлена многоклеточными беспозвоночными (коловратками, нематодами, олигохетами, брюхоресничными червями, тихоходками и др.). Являясь организмами 2 и 3-го трофического уровня пищевой цепи они не только очищают воду от взвешенных частиц и свободных бактерий, но и, поедая хлопья активного ила, способствуют снижению его прироста, и тем самым затрат, связанных с утилизацией приросшей биомассы.

Развитие того или иного вида беспозвоночных определяют условия окружающей среды, поэтому по присутствию некоторых организмов, развивающихся в иле в большом количестве, можно судить об условиях, вызвавших их развитие. Микрофауна активного ила более чутко, чем бактерии, реагирует на любые нарушения технологического режима и связанное с ним ухудшение качества очищенных сточных вод. Вследствие этого представители микрофауны выполняют функцию индикаторов процесса очистки воды в биоокислителях. Использование биологических индикаторов дает возможность не только оценивать качество очистки воды, но и выявлять причины нарушения нормальной работы аэротенков. Поэтому, гидробиологический анализ активного ила является одной из важнейших составляющих технологического контроля работы очистных сооружений. От своевременности и правильности оценки состояния активного ила по гидробиологическим показателям напрямую зависит работа всего комплекса очистных сооружений, а, следовательно, и экологическая обстановка в водоемах - прёмниках сточных вод.

Гидробиологический и гидрохимический анализ активного ила

Для характеристики работы сооружений биологической очистки сточных вод на станциях в лабораторных условиях осуществляется гидробиологический и гидрохимический анализ активного ила.

Гидробиологический анализ заключается в оценке состояния и структурных особенностей активного ила, организмы которого обладают способностью реагировать качественным изменением и количественным распределением отдельных групп на состав и свойства очищаемых сточных вод, а также на условия жизнеобеспечения, регулируемые режимом эксплуатации сооружений.

Гидрохимический анализ заключается в определении количества активного ила в аэротенках, а также его свойств (способности к оседанию, биохимической активности и др.).

На основании проведенных анализов делается общее заключение о состоянии активного ила и эффективности процесса очистки воды. В случае выявления отклонений от нормы вносятся рекомендации по изменению или корректировке технологического режима работы аэротенков, необходимых для устранения неблагоприятных факторов, ухудшающих эффективность очистки сточных вод.

Оценка технологического процесса очистки воды по состоянию активного ила

Заключение о состоянии активного ила и его способности к переработке загрязнений делают на основе относительного и абсолютного учетов индикаторных видов и установления их физиологического состояния.

Структура сообщества активного ила и характер бактериальных скоплений в первую очередь зависит от состава сточных вод. Поэтому картина ила в очистных сооружениях различных предприятий очень специфична. Для смешанных городских сточных вод в зависимости от нагрузки на ил, наблюдаются следующие основные его модификации.

Перегруженный ил. Ил не справляется с поступающими соединениями, в результате чего в жидкости обнаруживаются посторонние включения. Такие условия характеризуются малым разнообразием видов при количественном преобладании одного-двух видов. Преимущественно развиваются бесцветные жгутиконосцы, мелкие амебы, в заметном количестве наблюдаются инфузории Litonotus, Chilodonella, Podophrya, Vorticella microstoma, появ- ляются Paramecium caudatus, P. aurelia. Ресничный диск кругоресничных инфузорий чаще закрыт. Из ила исчезают коловратки. Хлопья ила становятся рыхлыми, темнеют. Появляются свободные бактерии, в том числе нитчатые, гифы грибов. Вода над илом мутная.

Нормально работающий ил. Фауна активного ила разнообразнее с незначительным преобладанием одного-двух видов. Ил имеет компактные, хорошо оседающие хлопья, надиловая вода прозрачна. Бактерии сосредоточены преимущественно в хлопьях ила. В таком иле редко обнаруживаются мелкие амебы. Простейшие представлены главным образом разнообразными инфузориями с преобладанием подклассов брюхоресничных и кругоресничных. В значительном разнообразии представлены раковинные корненожки. Часто встречаются коловратки и другие многоклеточные организмы.

Все организмы в активном состоянии, в цитоплазме можно видеть многочисленные пищеварительные вакуоли.

Ил, при низких нагрузках, отличается большим разнообразием фауны – встречаются все основные таксономические группы беспозвоночных. Хлопки ила крупные, плотные, хорошо оседающие, но имеют относительно небольшую поверхность. Количественно могут преобладать те же представители простейших, что и в предыдущей модификации, особенно раковинные амебы и перитрихи. Все организмы активны. У кругоресничных инфузорий снижается упитанность, тело вытягивается, широко раскрывается перистом. Появляются хищники – как из простейших, так и из многоклеточных беспозвоночных. Особенно велико разнообразие коловраток, некоторые из них дают массовые вспышки. Появляются олигохеты, водные клещи и др. В таком иле наблюдается активная нитрификация.

Примерно так же можно охарактеризовать и ил из регенераторов, где по сравнению с нормально работающим активным илом в аэротенках, наблюдается усиленное размножение простейших. Как одиночные, так и колониальные формы часто располагаются группами; все животные очень активны.

При длительной регенерации могут произойти изменения в строении хлопьев ила, они могут распадаться на более мелкие доли, может появляться неосаждающаяся взвесь. Эти изменения структуры ила указывают на нехватку пищевого материала, ил начинает голодать. Голодающий ил, кроме этого характеризуется снижением упитанности беспозвоночных. Простейшие мельчают, становятся прозрачными, у них исчезают пищеварительные вакуоли, появляются сосущие инфузории, водные клещи и рачки.

При длительном голодании начинается инцистирование. Сначала инцистируются простейшие, затем и коловратки. На V. microstoma хорошо заметны переходы от особей с широко открытым перистомом до шарообразных форм (переходящих к инцистированию), и, наконец, до мелких плотных цист, отделившихся от стебелька. А далее, в неактивное состояние переходят и другие беспозвоночные.

Помимо пищевых условий на характер активного ила оказывают влияние и другие факторы. Чаще всего приходится иметь дело со следующими нарушениями состояния организмов.

При недостатке кислорода активность простейших в иле резко снижается, зооиды перитрих закрывают перистом, отрываются от стебелька и образуют особую свободную форму – бродяжку или «телотрих» с венчиком ресничек на заднем конце. При сильном нарушении кислородного режима резко увеличивается сократительная вакуоль, что может вызвать разрыв зооидов. Коловратки становятся неподвижными и погибают. В составе ила появляются анаэробные жгутиконосцы и P. caudatum. Хлопья ила распадаются, вода над илом мутнеет.

Неадаптированный ил. Такое состояние ила наступает при залповом сбросе токсичных веществ. Хлопья ила мельчают, плохо осаждаются, в них появляются посторонние включения.

Зооиды простейших деформируются (появляются уродливые формы), работа ресничек останавливается. У перитрих закрывается перистом, все особи мельчают, начинают инцистироваться. А если действие токсинов достаточно сильное, то наступает массовая гибель организмов.

Такой ил требует значительный срок для восстановления своей структуры и качеств. Вспухший ил наблюдается при массовом развитии в нем нитчатых бактерий, особенно Sphaerotilus natans, Cladotrix, a также Beggiatoa, Thiоthrix, бактерии Geothirichum и хищных грибов Zoophagus indians и Arthrobotrys. Такой ил увеличивается в размерах, становится рыхлым и выносится из очистных сооружений. Вспухание ила происходит по многим причинам: это и уменьшение концентрации растворенного кислорода, и избыточное количество углеводов в исходной воде, недостаток азота и фосфора, резкое изменение нагрузок на ил и др.

Бороться со вспухшим илом можно, но в условиях городских очистных сооружений трудно, поэтому его стараются предотвратить. При незначительном количестве нитчатых организмов целесообразны уменьшение нагрузки на ил и его продленная аэрация.

Тем не менее, вспухший ил обладает чрезвычайно развитой поверхностью и имеет очень высокую очистительную способность по сравнению с обычным илом. Нитчатые организмы могут использовать как источник углерода разнообразные трудноокисляемые субстраты, в том числе и синтетические ПАВ, они менее требовательны к азоту и фосфору. Поэтому вспухший ил сейчас применяют при очистке некоторых производственных сточных вод. Однако при этом необходимы особые конструкции аэротенков. В условиях городских сооружений эксплуатировать вспухший ил практически невозможно.

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ АКТИВНОГО ИЛА ПРИ АЭРОБНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКЕ

Процесс аэробной биологической очистки сточной воды заключается в ее контакте с бактериями и микроорганизмами активного ила, в присутствии необходимого для этого количества кислорода, растворенного в воде. После прохождения всех фаз биологического окисления растворенной органики, активный ил отделяется от воды методами отстаивания, или напорной флотации. Хлопок активного ила является основным «рабочим органом» сооружений аэробной биологической очистки, благодаря свойствам которого в сточной воде происходит разложение сложной органики, поддающейся биохимическому окислению, до более простых химических веществ. Он представляет собой искусственно выведенную биосистему, в состав которой могут входить бактерии и микроорганизмы разных трофических уровней.

Поэтому процессы очистки сточной воды осуществляются в результате комплекса взаимодействий, включающих процессы:

• биологического сорбирование,
• ферментация,
• биоокисление,
• поглощения бактерий и простейших более высокоорганизованными организмами высших трофических уровней.

Эта биомасса находится во взвешенном состоянии в обрабатываемой воде, в виде отдельных скоплений, состоящих в основном из бактерий-гетеротрофов, благодаря которым и происходит образование флокул активного ила, обладающих специфическими свойствами, к которым относятся также высокоразвитая поверхность с хорошими сорбирующими свойствами, а также хорошая способность к осаждению.

У нас Вы можете заказать УБП БИУС для очистки сточных вод с доставкой по Москве и всем регионам России.