Биологическая очистка сточных вод Участие организмов в очистке

Биологическая очистка сточных вод Участие организмов в очистке сточных вод и переработке осадка

Характеристика сточных вод Сточные воды Бытовые Производственные Атмосферные (ливневые)

Состав бытовых сточных вод • Крупные нерастворимые частицы: остатки пищи, бумаги, тряпки, песок, фекалии; • Растворенные органические и минеральные загрязнения; • Большое количество бактерий, в том числе болезнетворных; другие возбудители заболеваний (вирусы, яйца гельминтов)

По физическому составу загрязнений: • Нерастворенные (в виде суспензии, эмульсии, пены), • Коллоидные; • Растворенные.

Блок-схема очистных сооружений канализации (СВ – сточная вода, ОС – осадок)

Биологические процессы на очистных сооружениях канализации: • узел биологической очистки сточных вод (в основном, аэробные условия); • узел обработки осадка (в основном, анаэробные условия).

Сооружения для биологической очистки сточных вод Работают в естественных условиях Биологические пруды Поля орошения Поля фильтрации Работают в искусственных условиях Аэротенки Биофильтры

Аэрационные сооружения, работающие в искусственных условиях I. Аэротенки

Схема аэротенка для полной очистки сточных вод: 1 – подача сточных вод; 2 – первичные отстойники; 3 – аэротенк; 4 – вторичные отстойники; 5 – насосная станция для перекачки активного ила; 6 – воздуходувная станция; 7 – возвратный активный ил; 8 – избыточный активный ил; 9 – воздуховоды; 10 – сырой осадок; 11 – избыточный активный ил в илоуплотнителе; 12 – очищенные сточные воды.

Внешний вид активного ила

Очистка сточной воды в аэротенке осуществляется за счет процессов: • Адсорбция загрязнений на поверхности хлопьев активного ила, протекающая в первые 15 -30 минут. • Биохимическое окисление сорбированных веществ активным илом до простых минеральных соединений.

Схема аэротенка для полной очистки сточных вод: 1 – подача сточных вод; 2 – первичные отстойники; 3 – аэротенк; 4 – вторичные отстойники; 5 – насосная станция для перекачки активного ила; 6 – воздуходувная станция; 7 – возвратный активный ил; 8 – избыточный активный ил; 9 – воздуховоды; 10 – сырой осадок; 11 – избыточный активный ил в илоуплотнителе; 12 – очищенные сточные воды.

Пищевая цепь активного ила Простейшие, коловратки, черви Бактерии Растворенные и коллоидные органические вещества Взвешенные органические вещества

Роль бактерий • Усваивают большую часть загрязняющих веществ, т. к. только они способны питаться растворенными и коллоидными органическими веществами; • Делают органическое вещество загрязнения доступным для последующих пищевых уровней, превращая его в вещество собственного тела.

Роль простейших • Осветление воды, т. к. поглощают взвешенные вещества, бактерии; • Индикаторные организмы – по их составу и физиологическому состоянию судят о характере протекания процесса очистки воды в сооружении.

Биоценоз аэротенка • Биоценоз аэротенка менее разнообразен, чем биоценоз водоема: отсутствуют водоросли, насекомые, членистоногие, ограниченно представлены черви, состав простейших беднее. В аэротенке представлены организмы, характерные для мезосапробной зоны водоемов.

Типичный представитель бактерий активного ила - Zoogloea ramigera

Нитчатые бактерии и грибы

Простейшие, характерные для хорошей работы сооружений: раковинные амебы (Arcella и Centropyxis)

Простейшие, характерные для хорошей работы сооружений: голые амебы (Amoeba radiosa, Amoeba proteus)

равноресничные инфузории (Cyclidium), брюхоресничные инфузории (Euplotes, Oxytricha),

Кругоресничные инфузории (Opercularia, единично встречаются Vorticella, Carchesium).

Коловратки

Малощетинковый червь (Aelosoma)

Удовлетворительно работающий активный ил при полной очистке

Удовлетворительно работающий активный ил при неполной очистке

Перегруженный активный ил

Активный ил при недостатке кислорода

Активный ил при массовом развитии нитчатых бактерий – «вспухающий» активный ил

II. Биофильтры

Биоценоз биофильтра На формирование биоценоза биофильтра оказывает влияние то, что концентрация питательных веществ в стекающей воде падает при движении сверху вниз. Условно выделяют верхний, средний и нижний слой, отличающиеся по составу организмов

Верхний слой • Концентрация органических веществ самая высокая, биопленка самая толстая (до 3 мм). Большую часть составляют сапрофитные организмы: бактерии (зооглея, нитчатые бактерии), грибы, бесцветные жгутиковые. Также развиваются водоросли и простейшие (устойчивые к высокой степени загрязнения).

Грибы играют большую роль в очистке воды в биофильтре

Средний слой • Биопленка более тонкая, нет водорослей, снижается количество нитчатых бактерий и грибов. Преобладают простейшие более чувствительные к загрязнению воды.

Нижний слой ( «зона червей» ) • Биопленка тонкая или не развита совсем, сюда попадает биопленка, смытая с вышележащих слоев. Встречаются микроорганизмы, характерные для зоны малозагрязненной воды. В значительном количестве могут развиваться коловратки, аэлозома, личинки насекомых, водные клещи, в небольшом количестве нематоды.

Черви и членистоногие поедают избыток биопленки, который смывается в нижние слои (на рис. нематоды и водный клещ)

Некоторые членистоногие биофильтра

Аэрационные сооружения, работающие в естественных условиях Очистка в искусственных водоемах – биологических прудах Почвенная очистка Поля орошения Поля фильтрации

Преимущества и недостатки естественных аэрационных сооружений «+» «-» 1) Меньше затраты на 1) Медленная строительство и очистка; эксплуатацию; 2) Занимают 2) Высокое качество сравнительно очистки сточных вод. большие площади дорогих пригородных земель; 3) Замерзают зимой.

Биологические пруды Служат для доочистки биологически очищенных сточных вод. Водоросли и высшие водные растения изымают из воды биогенные элементы (соединения N и P), предотвращая цветение водоема.

Важную роль в очистке воды в биологических прудах играют организмы бентоса и планктона. Рис. Бентосные личинки комаров хирономид (мотыль)

Планктонные рачки – дафния и циклоп

Карп

Поля фильтрации и поля орошения Поля фильтрации Поля орошения Служат только для очистки сточных вод, подается максимально возможное количество воды. Предназначены для выращивания сельскохозяйственных культур, подача воды ограничена потребностями растений. Выгодно использовать в засушливом климате.

Процессы нитрификации/денитрификации на полях фильтрации Верхний слой почвы Достаточно О 2 Процесс нитрификации Просочившаяся органика Процесс Нижний слой почвы денитрификации Недостаток О 2 NO 3 - +

Анаэробные сооружения для обработки осадка. Метантенк. Схема метантенка. • 1 – двигатель, • 2 – газ, • 3 – выпуск сброженного осадка, • 4 – горячая вода, • 5 – поступление свежего осадка

Стадии расщепления органического вещества осадка в метантенке: 1) Стадия кислотообразования (или кислое брожение). Гетеротрофные бактерии расщепляют углеводы, жиры, белки и др. органические вещества осадка, образуя низкомолекулярные органические кислоты. 2) Стадия газообразования или щелочное брожение (т. к. разрушаются органические кислоты, высвобождается аммиак). Литотрофные бактерии превращают продукты, образовавшиеся на первой стадии, в метан (СН 4) и углекислый газ. Состав газа: 70 -75% СН 4 и 20 -25% СО 2.

Стадия кислотообразования Осуществляется в основном анаэробными микроорганизмами. Белки, жиры и углеводы осадка расщепляются до простых соединений и подвергаются брожению. Конечные продукты первой фазы: органические кислоты, СО 2 и NH 3 с H 2 S, отделившиеся от аминокислот. Наиболее часто среди органических кислот присутствуют уксусная кислота (СН 3 СООН), муравьиная кислота (НСООН), в больших количествах обнаруживаются пропионовая (СН 3 СН 2 СООН) и масляная (СН 3(СН 2)2 СООН). Среди конечных продуктов этой стадии также обнаружены спирты, кетоны, ацетон, уксусный альдегид.

Стадия газообразования Осуществляется метановыми бактериями. Облигатные анаэробы. Есть кокки, сарцины, палочки. Не образуют спор. Метановые бактерии не способны разлагать биополимеры, процесс образования метана служит им для получения энергии. Все метановые бактерии могут получать метан путем восстановления углекислого газа водородом: СО 2 + 4 Н 2 СН 4 + 2 Н 2 О По такому пути в метантенке образуется 25 -30% метана. Многие метановые бактерии, кроме того, способны продуцировать метан из простых органических соединений (например, уксусной кислоты): СН 3 СООН СН 4 + СО 2 По второй реакции образуется 70 -75% метана.

Условия сбраживания осадка в метантенке Мезофильное 30 -33 о. С Термофильное 50 -55 о. С «+» Увеличивается скорость распада органических веществ, сокращается время сбраживания. «+» Погибают яйца гельминтов, бактерии кишечной группы и другие патогенные неспоровые бактерии. «-» Осадок хуже отдает воду при обезвоживании.