Біологічне очищення стічних вод заснована на здатності мікроорганізмів використовувати розчинені і колоїдні органічні забруднення в якості джерела живлення в процесі своєї життєдіяльності. Біологічне очищення може здійснюватися в природний-них умовах (поля зрошення. Поля фільтрації. Біологічні ставки) і в штучних умовах (аеротенки. Біофільтри). У штучних умовах мікроорганізмам створюються сприятливі умови (склад живильного середовища. Надлишок розчиненого кисню. Температура). які прискорюють біологічне очищення. хоча і вимагають додаткових витрат.
Біологічне очищення в аеробних умовах здійснюється в одну фазу і характеризується рівняннями. які протікають одночасно:
Органічна речовина (БПК. ГПК. ООУ) + О2 + N2 + Р СО2 + Н2 О + нераспавшегося органічна речовина + енергія + мікроорганізми.
Мікроорганізми + О2 + N2 + Р = нераспавшегося клітинне речовина.
Біологічне очищення в штучних умовах.
Може здійснюватися зваженим шаром пластівців мулу. званого активним. через який протікає стічна вода.
Такий процес здійснюється в азротенках. коли активний мул знаходиться в свободноплава-Ющем стані. або прикріплений до завантаження з йоржів.
Другий варіант. коли стічна вода фільтрується через крупнозернистий матеріал. покритий біоплівкою. утвореної колоніями мікроорганізмів. Цей процес здійснюється в біофільтрах.
Біоценоз активного мулу і біоплівки при очищення однієї і тієї ж води ідентичні. але кількісне співвідношення різних видів мікроорганізмів різному.
Активний мул і біоплівка - це складне співтовариство різних груп. бактерій. найпростіших, грибів. водоростей. вірусів. деяких вищих організмів (коловертки. черви, кліщі). До 30% біомаси плівки складають гриби (сопроплесневие. Дріжджові і т.д.). Розвиток грибів в активному мулі незначне. у чому найбільш істотна відмінність в мікрофлорі мулів аеротенків і біофільтрів. У біоплівки розвиваються так само вищі водні організми. кліщі. мушки. але їх роль в очищенні незначна.
Активний мул і його властивості.
Основна роль в біологічному очищенні належить бактеріям. число яких становить 10 8. 10 14 клітин на г сухої речовини. Іл має розвинену поверхню до 100 м 2 на 1 г сухої речовини. Розмір клітин від 0,1 до 3 мм і>. рН = 4. 9. заряд на 80% негативний.
В основному склад бактеріальної мікрофлори залежить від:
складу стічних вод;
умов роботи споруд;
кількості розчиненого кисню;
співвідношення забруднень і мікроорганізмів;
гідродинаміки потоків і т.д.
Властивості активного мулу.
Важливою властивістю активного мулу є його здатність до утворення пластівців і седиментації. що відбуваються в результаті взаємодії високомолекулярних позаклітинних полімерів (полісахаридів. білків. РНК. ДНК). акумулюються на оболонці клітини в стадії ендогенної фази розвитку культури. Флокуляцію можна посилити додаванням неорганічних речовин (каолін. Кремнезем. Сульфат амонію). На флокуляцію впливають. перемішування. температура. дозування флокулянта. рН.
Активний мул піддається "спухання". викликаного розвитком нитчастих бактерій. Причинами. що викликають спухання є:
зменшення концентрації розчиненого кисню;
надмірна кількість вуглеводів у вихідній воді;
недолік азоту. фосфору;
різкі зміни навантажень на мул і т.д.
Розпухлі мул має надзвичайно розвиненою поверхнею. має дуже високу очисну здатність. Але його неможливо відокремити від води. тому нормальна робота очисних споруд з припухлими мулом неможлива.
Здатність до омолодження. В активному мулі практично завжди розвиваються найпростіші мікроорганізми. Найпростіші харчуються бактеріями. підтримуючи бактеріальне рівновага в активному мулі. Поїдаючи старі малорухливі клітини. найпростіші сприяють омолодженню мулу. Засвоюючи ще й забруднення. найпростіші забезпечують додаткове освітлення води. Найпростіші є показником роботи споруд біологічного очищення. (Наприклад при нестачі О2 вони стають прозорими. Набухають і лопаються).
Показники що характеризують активний мул.
Стан активного мулу можна оцінити величиною його окисної потужності (ОМ). тобто здатністю забезпечити окислення органічних речовин біомасою активного мулу, що знаходиться в 1 м 3 об'єму аеротенках протягом однієї години (г БПК / м 3 годину). Зазвичай аеротенки міських очисних станцій мають ОМ на рівні 25 - 60 г БПК / м 3 год. За допомогою прикріплених мікроорганізмів можна довести ОМ до 250 г БПК / м 3 год.
Іншим показником мулу є його вік (В). Вік дорівнює В = (наприклад: концентрація активного мулу = 2,5 г / л; приріст Пр = 0,25 г / л) В = 10 діб. Бажано мати вік = 7 - 15 діб. Чим менше вік мулу. тим вище його ОМ. але молодий мул погано руйнує трудноокісляемие речовини. Старий мул. як правило. містить більше нитрификаторов. тобто здатний окислювати азотовмісні речовини. але має низьку ОМ. тому має низьку швидкість окислення забруднень (). В аеротенках продовженої аерації величина В = 18 - 25 діб. Такий мул забезпечує і нітрифікацію. і здатний здійснювати аеробне стабілізацію мікроорганізмів.
Важливим показником аеротенків є навантаження на мул (). Чим більше навантаження на мул тим менше в мулі найпростіших і дрібних тварин (тобто більшу частину мулу становлять бактерії). Високонавантажених мул має високий муловий індекс гірше осідає. Доцільно навантаження на активний мул не перевищує 600 г / кг добу. В той же час. якщо оцінити навантаження переходячи від ОМ до навантаження. то отримаємо: = 600 гО2 / кг добу; = ГО2 / кг годину = 25 гО2 / кг годину; якщо в 1 м 3 об'єму аеротенках міститься 2 кг мулу. ОМ і вік взаємопов'язані. то не можна перевантажувати аеротенки ні по забруднень органічного характеру. ні по зважених речовинах. тому відразу погіршується якість очищення. Можна очікувати збереження високої якості очищення при збільшенні подачі суспензій на біо-реактори лише при наявності прикріплених мікроорганізмів. оскільки їх вік не залежить від приросту. а седиментаційних властивості мулу не впливають на кількість біомаси в біореакторі.
Муловий індекс (J) - обсяг активного мулу в мл після 30 хвилин відстоювання. віднесений до 1гр. сухої речовини.
Добре осідає мул - J = 100. 120 мл / г;
Глибоко мінералізований -J = 60. 90 мл / г;
"Розпухлі" -J> 150. 200 мл / г.