Принципы очистки сточных вод в аэротенках очистных сооружений

Аэротенки включают в очистные сооружения всех видов. Изобретены они английским химиком Дибдином в 1914 г. Конструкция устройства получилась настолько успешной, что устройства, с небольшими усовершенствованиями, входят в системы очистки стоков до сих пор.

В основе работы аэротенков, встроенных, например, в блочные локальные очистные сооружения, использование для очистки стоков аэробных микроорганизмов, колонии которых и образуют активный ил. Он является биоценозом микроорганизмов, простейших, дрожжей, водных грибов, некоторых высокоорганизованных представителей (личинки насекомых, черви, коловратки), минерализаторов. Эти скопления способны сорбировать органические вещества из раствора на свою поверхность и в дальнейшем окислять их с использованием кислорода.

Основную роль в процессе очистки стоков в блочных локальных очистных сооружениях играют различные группы бактерий. Эти одноклеточные подвижные микроорганизмы имеют внешнюю прочную мембрану и способны самоорганизовываться, образуя колонии. Последние представляют по виду хлопья, легко отделяемые в дальнейшем от воды флотацией или отстаиванием.

По современным теориям клетки этих микроорганизмов окутаны множеством «паутинок», представляющих растворимые или слаборастворимые внеклеточные полимерные образования: дезоксинуклеиновые и рибонуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), протеины, полисахариды. Их особенность – большое содержание карбоксильных, гидроксильных, сульфгидрильных функциональных групп, ведущих себя подобно анионным связующим площадкам. Именно из-за этих свойств бактерии сорбируют нерастворенные примеси в воде, производя их удаление.

Показатель хлопьеобразования активного ила связан напрямую с количеством питательных веществ в стоках. Если их много колонии микроорганизмов рассеиваются, появляются их нитчатые формы. Если мало -– у хлопьев ухудшаются седиментационные свойства, уменьшаются размеры.

Эффективность действий микроорганизмов в очистных сооружениях объясняется их размерами, большим количеством. Благодаря чему суммарная рабочая их поверхность в 1 г сухого ила составляет 100 м². Наряду с этим наблюдается высокая скорость их воспроизводства, которая, при избыточном питании, отсутствии сдерживающих рост факторов, может достигать десятки тонн микробиальной живой массы за сутки из миллиграмма бактерий. Последнее, собственно, происходит из-за интенсивного потребления бактериями примесей в воде, что и положено в основу очистки стоков биологическими методами.

Другие простейшие и микроорганизмы поддерживают равновесие количественного и видового состава активного ила. Это позволяет ему быстро приспосабливаться к конкретным условиям в аэротенке блочного локального очистного сооружения, способствует полному прохождению биохимических превращений органических загрязнений воды по полному циклу.

При разработке технологии очистки, конструкций аэротенков главное – скорость изъятия примесей из стоков. Зависит это от закономерностей жизни микроорганизмов, в частности развития их колоний, которые вводятся в контакт с раствором, в котором имеется «пища» для них.

Фазы развития колоний микроорганизмов

Лаг-фаза: является фазой адаптации, которая следует сразу за введением активного ила в стоки; характеризуется отсутствием прироста биомассы; продолжительность фазы зависит от нескольких факторов: природа примесей, степень предварительной приспособленности микроорганизмов в ним, условий внутри аэротенка.
Фаза, при которой идет экспоненциальный рост микроорганизмов: характеризуется максимальной скоростью воспроизводства бактерий; происходит в условиях избытка питательных веществ, отсутствии продуктов их обмена.
Фаза, характеризующаяся замедленным ростом биомассы: наступает после снижения концентрации питательных веществ, при накоплении продуктов метаболизма в среде микроорганизмов.
Фаза, отличающаяся прекращением роста микроорганизмов: наступает после достижения равновесия между накопленной биомассой и количеством «пищи» в воде.
Фаза самоокисления (или эндогенного дыхания): наблюдается при недостатке питания для микроорганизмов; клетки начинают отмирать, распадаться; сопровождается снижением количества биомассы в биореакторе.

Отделение активного ила

Наступление 4 и 5 фаз развития колоний бактерий в биореакторе, например, блочных локальных очистных сооружений, свидетельствует об удалении загрязнений из воды. Активный ил перекачивается в специальные отстойные сооружения. В них он осаждается, несколько уплотняется и возвращается в аэротенк.

При плохо осаждаемом иле часть его выносится очищенной водой. Это может привести к невозможности поддержания в биореакторе очистного сооружениятребуемой дозы биомассы. Хотя при установке произвольно высокой ее концентрации вынос части ила способствует установлению оптимального для конкретных условий очистки илового индекса. Последний зависит от состава стоков, технологического режима в аэротенке и считается достаточным 60…150 мл/г. Недогрузка или перегрузка активного ила, исходя из концентрации примесей в стоках, резко изменяет иловый индекс. При этом происходит или «вспухание» биомассы, или увеличивается ее вынос очищенной водой.