Интенсификация биологической очистки иммобилизованным активным илом

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 628.35.001.24

Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Интенсификация биологической очистки иммобилизованным активным илом

Р.Т. Камалов Камалов Руслан Талгатович, студент гр. ВВМ-16-1 кафедры инженерных коммуникаций и систем жизнеобеспечения, e-mail: kam-rus09@mail.ru, В.Н. Кульков Кульков Виктор Николаевич, доктор технических наук, профессор кафедры инженерных коммуникаций и систем жизнеобеспечения, тел.: (3952) 40-51-42, e-mail: kulkof.viktor@yandex.ru

Аннотация

биологический активный ил аэротенк

Проведен литературный обзор на тему интенсификации биологической очистки иммобилизованным активный илом в аэротенке-биореакторе. Показано, что данный метод улучшает процесс очистки стоков от трудноокисляемых органических веществ, повышает устойчивость биологических сооружений к залповым сбросам и обеспечивает процесс нитрификации. Прикрепленный биоценоз позволяет значительно увеличить окислительную мощность аэротенка, повышая его производительность и, соответственно, интенсифицируя процесс биологической очистки без увеличения площадей, что в дальнейшем влечет за собой снижение затрат на строительство и электроэнергию.

Ключевые слова: аэротенк-биореактор, интенсификация биологической очистки, иммобилизованный активный ил, регенерация.

Annotation

The article presents an overview of the literature on biological treatment intensification by immobilized activated sludge in the aerotank-bioreactor. It displays that this method improves the sewage treatment from organic substances resistant to oxidation, increases the resistance of biological structures to volley of sewage and provides the nitrification. Attached biocenosis allows increasing significantly the oxidative capacity of the aerotank, increasing its productivity and, correspondingly, intensifying the biological treatment without increasing the area, that further leads to reduction in construction and electricity cost.

Keywords: aerotank-bioreactor; biological treatment intensification; immobilized activated sludge; regeneration.

В условиях постоянного роста городов становится все острее проблема интенсификации очистки сточных вод. Это связано с тем, что возрастание объемов стоков влечет за собой необходимость увеличения площадей, занимаемых очистными сооружениями, что не всегда возможно. Поэтому необходимо модернизировать то, что уже имеется в наличии, с использованием современных материалов, технологий и механизмов.

Эффективность процесса биологической очистки сточных вод в значительной степени зависит от концентрации активного ила в аэротенке. Большая часть из применяемых в настоящее время математических моделей биохимической очистки сточных вод в аэротенках предполагает обратно пропорциональную зависимость между необходимой продолжительностью аэрации сточных вод и концентрацией активного ила. Ее увеличение является одним из возможных путей интенсификации работы аэротенков, позволяющих создать высокие нагрузки на единицу объема сооружения.

Очистка сточных вод в аэротенках-биореакторах с применением иммобилизованных микроорганизмов обусловливает лучшую их защищенность от воздействия отрицательных факторов и обеспечивает высокую концентрацию микроорганизмов в биореакторе. Иммобилизованный ил менее чувствителен к токсичным веществам. Одновременное присутствие свободноплавающего и иммобилизованного активного ила позволяет повысить окислительную мощность биореактора. Загрузка увеличивает производительность станции биологической очистки на ~ 30 %, улучшает процесс очистки стоков от трудноокисляемых органических веществ, повышает устойчивость биологических сооружений к залповым сбросам, обеспечивает процесс нитрификации [1, 2].

Работ, посвященных способам регенерации синтетической инертной загрузки в аэротенках-биореакторах, существует немного. Обзор известных способов очистки загрузки показал их трудоемкость и энерго- и трудозатратность [2]. В процессе эксплуатации необходимо обеспечить возможность периодической регенерации загрузки от механических примесей и слизистых сгустков микроорганизмов. Газогидродинамика аэротенка не обеспечивает смывание биомассы в объеме ершовой загрузки, что приводит к формированию желеобразной слизи на ершах, вызывая вторичные загрязнения очищаемой воды.

Нахождение новых технических решений, направленных на совершенствование способов регенерации иммобилизованного ила в аэрируемых сооружениях биологической очистки сточных вод, обеспечит эффективность процессов биологического окисления органических загрязнений и высокую надежность работы аэротенков [1, 3].

Иммобилизация биоценоза имеет ряд преимуществ. Активная часть закрепленной биомассы сконцентрирована в поверхностном слое толщиной от 40 до 1000 мкм. Относительная скорость воды у этой поверхности больше, чем у поверхности свободноплавающих микроорганизмов.

Возраст активного ила на носителях больше, чем у ила во взвешенном состоянии, непрерывно удаляемом и обновляемом. Это позволяет поддерживать в реакторе высокие скорости окисления, обеспечиваемые молодым илом (возраст 3-4 сут), улучшить нитрифицирующие свойства активного ила (возраст ила более 10-12 сут). Кроме того, прикрепленная биомасса увеличивает общее время пребывания активного ила в системе, что особенно важно для сооружений, очищающих сложноокисляемую органику.

В обычном аэротенке при прекращении поступления сточной воды на длительное время (авария на канализационной насосной станции, отключение электроэнергии и т.д.) происходит самоокисление активного ила, что сильно усложняет последующий пуск аэротенка в работу. В аналогичной ситуации аэротенк-отстойник, благодаря затопленному водосливу, частично опорожняется, и примерно треть загрузки оказывается на воздухе, таким образом, активная биомасса сохраняется. При возобновлении поступления стоков аэротенк-отстойник в короткий срок выходит на технологический режим. При сейсмических воздействиях на канализационно-очистные сооружения (КОС) свободноплавающий ил будет потерян в виде водно-иловой смеси, а иммобилизованный адоптированный ил сохранится на модулях с синтетической загрузкой и позволит запустить в течение примерно одного дня биологическую очистку с потерей ее окислительной способности до ~ 70 %. Использование привозного биоценоза с других КОС увеличит время запуска биологической очистки в ~ 20 раз. Экологическая безопасность населенных пунктов и территорий зависит от скорейшего послеремонтного запуска КОС и выхода их на технологический режим работы по биологическому потреблению кислорода и взвешенным веществам. Для этого необходимо разместить в аэротенках инертные носители иммобилизованной биомассы, позволяющие осуществить процесс очистки сточных вод свободноплавающим и иммобилизованным активным илом.

Свободноплавающий активный ил не подлежит длительному хранению в классических КОС при их остановке, так как он загнивает, и начинается анаэробный процесс с образованием метана. Иммобилизованный активный ил, находящийся на синтетической инертной загрузке, при частичном разрушении аэротенка и его опорожнении начинает терять влажность на воздухе с 99 % до 10 %, сохраняя жизнедеятельность организмов. Хранение иммобилизованного стабилизированного ила в атмосфере воздуха возможно в течение длительного времени - месяц и более в модулях синтетической загрузки в определенных условиях [4].

Иммобилизованный ил, сорбированный на инертной загрузке, используется для денитрификации, которая представляет собой сумму микробиологических процессов восстановления нитратов до нитритов и далее до газообразных оксидов и молекулярного азота. В результате данных процессов азот возвращается в атмосферу и становится недоступным большинству организмов. Денитрификация осуществляется только прокариотами (причем как бактериями, так и археями) в анаэробных условиях и связана с получением ими энергии.

В технологии очистки стоков выделяют ассимиляционное восстановление нитрата, приводящее к синтезу азотсодержащих клеточных компонентов, что свойственно всем растениям, многим грибам и прокариотам, способным расти в средах с нитратами, однако не сопровождается получением энергии этими организмами. Аммонийный и нитратный азот, поглощенные микробными клетками, включаются в органические азотсодержащие полимеры клеточных компонентов и временно выводятся из круговорота азота, то есть происходит их иммобилизация.

Применение иммобилизованного ила позволяет сохранить биоценоз при очистке ядовитых и сильно концентрированных сточных вод с содержанием металлов, наращивать дополнительную массу ила на носителях, что приводит к повышению возраста ила и, как следствие, улучшению качества очистки, улучшению седиментационных влагоотдающих свойств ила.

Основным элементом очистки стоков является прикрепленная микрофлора на загрузке аэротенка. Микрофлора окисляет и адсорбирует загрязнения после 1 ступени очистки. В аэротенке устанавливается полиэтиленовая инертная загрузка. С учетом прикрепленной микрофлоры фактическая доза ила становится больше. В связи с тем, что полиэтиленовая загрузка находится непосредственно под кольцевыми аэраторами, необходимо поддерживать подачу воздуха в режиме, при котором соблюдаются условия концентрации кислорода в рекомендуемых пределах. При значительном увеличении подачи воздуха возможно удаление биопленки с полиэтиленовой загрузки, что отрицательно повлияет на качество очистки. При накоплении микрофлоры на элементах загрузки данные элементы загрязняются продуктами метаболизма и взвешенными веществами. Для очистки необходима периодическая регенерация загрузки повышенным расходом воздуха или другими методами. Период между регенерациями и время самой регенерации определяются опытным путем во время эксплуатации.

Существует 4 метода регенерации иммобилизованного активного ила: водяной, воздушный, водо-воздушный, механический.

Литературный обзор показывает, что прикрепленная биомасса увеличивает общее время пребывания активного ила в системе, что особенно важно для сооружений, очищающих сложноокисляемую органику. Возрастание концентрации ила и общей биомассы приводит к снижению нагрузок на ил, а следовательно, к подавлению нитчатого бактериального вспухания и улучшению качества очистки. Увеличение удельной скорости окисления позволяет сократить время аэрации и, соответственно, уменьшить полезную вместимость аэротенка [1, 5].

Библиографический список

1. Кульков В.Н., Солопанов Е.Ю., Сосна В.М. Регенерации синтетической загрузки в биореакторе // Известия вузов. Строительство. 2013. № 1. С. 92-101.

2. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М. : АКВАРОС, 2003. 512 с.

3. Кульков В.Н., Солопанов Е.Ю., Сафарова О.В. Кинетика осаждения активного ила на синтетических водорослях в аэротенке // Известия вузов. Строительство. 2011. № 7. С. 34-40.

4. Пат. 2122983 Российская Федерация, C02F11/02. Способ получения стабилизированного инокулята ила и его хранение / Мухина Л.Б., Рыбошлыков А.Г. № 96100909/25; заявл. 11.01.1996; опубл. 10.12.1998; приоритет 11.01.1996.

5. Кульков В.Н., Солопанов Е.Ю., Зеленин А.М. Влияние газовой составляющей на эффективность водо-воздушной регенерации ершовой загрузки в биореакторе // Вестник ИрГТУ. 2012. № 11. С. 112-118.

Размещено на Allbest.ru